¿Debe una jaula de Faraday bloquear la señal de una radio?

Hoy intenté crear una jaula de Faraday muy básica rodeando una radio con dos bandejas para hornear hechas de hierro. No pareció afectar la señal de la radio (se estaba usando AM, no FM).

En teoría, ¿lo que usé debería bloquear la señal de la radio?

No recuerdo qué tan gruesas eran las bandejas para hornear. Había algunos huecos que sumaban unos pocos centímetros cuadrados, porque las dos bandejas para hornear no eran idénticas. No intenté "moler" las bandejas para hornear.

Vea la conferencia de Walter Lewin sobre las jaulas de Faraday en ocw.mit.edu.
¿Cómo lo "rodeaste"? ¿Estaba completamente cerrado? ¿Qué grosor tenían las bandejas para hornear? ¿Los moliste?
¿Qué tipo de radio, qué tipo de antena? Di las bandejas tocan la antena es lo que estoy apuntando.
¿Era una radio que funcionaba con batería o se coló un cable de aire acondicionado entre las bandejas para hornear? A pesar de la respuesta de RobJeffries, sospecho que un pequeño espacio entre las bandejas es más que suficiente para que pase una señal de AM.
Sería bueno recibir algunos comentarios del OP. Para su información, acabo de poner un papel de aluminio de cocina Al alrededor de una radio y corta completamente la señal. Ni siquiera tiene que envolverlo, simplemente dejar caer la sábana sin apretar sobre la parte superior es básicamente suficiente. Por otro lado, puse la radio en una lata de galletas de construcción desconocida y aún podía escuchar la radio adentro. Entonces, ¿las bandejas para hornear son de hierro?
¿Podrías probar mi experimento con papel de aluminio? Sé que funciona. Si eso apaga su radio, entonces la sospecha recae sobre (a) de qué están hechas sus bandejas para hornear (b) si una señal muy fuerte se filtra a través de los pequeños espacios, incluso entonces debería notar una fuerte atenuación.
Una pregunta adicional. ¿Estaban las bandejas para hornear cubiertas con algo? teflón? ¿Al horno con grasa para cocinar?

Respuestas (3)

Asumiré que estabas usando una radio sintonizada en una frecuencia de 1Mhz ( ω = 6.3 × 10 6 s − 1 ) y que la radio estaba completamente encerrada dentro t = 3 mm de hierro puro.

Hay dos efectos importantes a considerar. (i) Cuánta potencia se refleja desde la superficie de hierro. (ii) Cuánto de la potencia transmitida pasa a través del hierro.

Para resolver esto necesitamos las propiedades del hierro; una conductividad σ = 10 7 S/m, una permitividad relativa ϵ r ≃ 1 y una permeabilidad relativa m r ≃ 10 4 (para 99,9% de hierro puro).

Primero verificamos si el hierro funciona como un buen conductor a estas frecuencias observando que σ / ϵ r ϵ 0 ω = 1.8 × 10 11 ; es decir ≫ 1 y por lo tanto un buen conductor.

El módulo de la impedancia de un conductor está dado por η F mi = ( m r m 0 ω / σ ) 1 / 2 = 0.089 Ω .

Entonces, ahora las ecuaciones relevantes son: Transmisión de campo eléctrico en la interfaz aire/hierro (asumiendo una incidencia normal)

mi t mi i = 2 η F mi η 0 + η F mi ≃ 2 η F mi η 0 ,
. dónde η 0 = 377 Ω .

Las ondas EM luego se propagan en el metal, pero se atenúan exponencialmente en una escala definida por la "profundidad de la piel". d = ( 2 / m r m 0 σ ω ) 1 / 2 = 1.59 × 10 − 6 metro.

Así, después de atravesar un espesor t , el campo E es atenuado por Exp ⁡ ( − t / d ) .

Finalmente, la onda emerge a través de la interfaz hierro/aire en el otro lado y usamos la fórmula de transmisión nuevamente pero con las etiquetas intercambiadas en los valores de impedancia.

Por lo tanto, la relación entre el campo eléctrico neto transmitido y el campo eléctrico incidente viene dada aproximadamente por

R = 2 η F mi η 0 Exp ⁡ ( − t / d ) 2 η 0 η 0 + η F mi = 4 η F mi η 0 Exp ⁡ ( − t / d ) .

Por los números que he asumido R ≃ 0 porque la onda atraviesa > 1000 profundidades de la piel para atravesar el hierro! La potencia transmitida es ∝ R 2 .

Entonces, mi conclusión es que encerrar dentro de 3 mm de hierro puro ciertamente bloquearía la radio AM.

¿Cómo podría no funcionar esto? ¿Quizás el hierro que usó es muy impuro y la permeabilidad es mucho menor? Si m r = 1 entonces η F mi = 0.00089 Ω , d = 1.59 × 10 − 4 metro. Por lo tanto, 3 mm siguen siendo 18 profundidades de piel. Es poco probable que la conductividad que asumí sea mucho más baja, por lo que estoy un poco confundido sobre por qué no funcionaría.

La demostración que uso en mis conferencias es envolver un teléfono móvil en papel de aluminio. En principio, esto es mucho más marginal porque aunque las frecuencias son más altas, el grosor de la lámina es mucho menor, pero ciertamente funciona.

Las jaulas de Faraday de superficie plana (como la simple caja de hierro que describe o una superficie de lámina que se coloca suavemente) sufren un poco por el movimiento que induce la señal en los electrones de conducción que rastrean la señal y reirradian en fase (pero aproximadamente la mitad en cada dirección). El uso de una jaula de alambre con un espacio mucho más pequeño que la longitud de onda (o una lámina que se arrugó previamente y ya no es uniforme en la escala de longitud de onda) amortigua fuertemente esto y bloquea mejor la señal . Es el habitual poco coherente versus incoherente.
Tendré que experimentar. El calc. arriba asume que la superficie es plana y de incidencia normal. Creo que el tratamiento explica las corrientes inducidas. La disipación óhmica integrada sobre, digamos, una profundidad de piel es igual a la pérdida de flujo implícita en el vector de Poynting decreciente.
Creo que tiene razón al obtener la respuesta correcta para su cálculo, pero el punto es que puede hacerlo mejor por unidad de masa con geometrías menos simples. La diferencia entre cubrir una lámpara de destellos con una capa limpia y suave de lámina de aluminio y una capa arrugada y desordenada era de un orden de magnitud.

La radio AM está en una banda de aproximadamente 500 kHz a 1500 kHz, que corresponde a longitudes de onda de aproximadamente 200 ma 600 m, mucho más largas que las bandejas para hornear. Esto afecta la forma de la interacción entre las ondas y las bandejas, y cuánto atenuarán las bandejas la señal.

En aras de la comparación, su horno de microondas es una jaula de Faraday; limita efectivamente entre 800 W y 1000 W de potencia de microondas. Un emisor de horno de microondas normalmente funciona alrededor de 2 GHz, lo que corresponde a una longitud de onda del orden de unos pocos centímetros. Eso es mucho más pequeño que la cavidad. Los agujeros en la pantalla de la ventana son mucho más pequeños que una longitud de onda, prácticamente invisibles para la ola. Esta relación de tamaños permite que la jaula refleje eficazmente la energía de microondas, evitando el escape de toda la energía excepto una pequeña cantidad.

Los receptores de AM están diseñados para funcionar con señales minúsculas. Cualquier transmisión local tendría que atenuarse considerablemente antes de que el receptor ya no pueda funcionar con ella. Una jaula improvisada podría evitar que la radio reciba estaciones distantes, pero se necesitaría algo más cuidadosamente construido para bloquear efectivamente una señal más fuerte y local.

Como mencioné anteriormente. Simplemente doblar un poco de papel de aluminio sobre mi radio AM cortó efectivamente una señal de radio a 909kHz. No lo envolví y todavía podía ver la radio a través de un pequeño espacio entre la lámina.

"Había algunos huecos que suman unos pocos cm cuadrados"

Una regla general es que si la pantalla no es hermética, esas ondas de radio entrarán o saldrán

Tengo entendido que algunas jaulas de Faraday no son herméticas, pero aún funcionan. ¿Por qué es diferente en esta circunstancia? ¿Es por la longitud de onda de la señal utilizada por la radio AM?
Los pequeños espacios no deberían importar mucho. Como dije anteriormente, probé esto con Al Foil y bloqueó la señal sin tener que envolver la radio. Las longitudes de onda aquí son grandes ~ cientos de metros.
@AndrewGrimm, siempre que los espacios sean significativamente más pequeños que una longitud de onda, entonces no importan. Por eso tu microondas (15cm) tiene una malla con agujeros de 1mm en la puerta. Pero para frecuencias altas y ruido ultra bajo, es difícil hacer una pantalla efectiva
-1 Porque eso simplemente no es cierto.
¿Debe una jaula de Faraday bloquear la señal de una radio?
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