¿Es (prácticamente) posible que un gran edificio sea una jaula de Faraday?

En mi segundo año de la escuela secundaria, mis profesores de educación física se quejaban de que los teléfonos no tenían conexión de red en nuestro gimnasio, independientemente del modelo, el proveedor de servicios, etc. A unos metros del gimnasio, la recepción del celular era muy clara , sin embargo, a medida que movía su teléfono hacia la pared del gimnasio, su fuerza disminuyó rápidamente. Un par de meses después de tomar AP Physics C, mi mente regresó aleatoriamente a este evento, y pensé que esto es lo que uno esperaría que sucediera si el gimnasio fuera una jaula gigante de Faraday. ¿Es esto posible o probable considerando el uso de materiales de construcción y diseño estructural bastante estándar? Aquí hay una imagen del edificio (es el que está en primer plano) si eso ayuda.

Aquí hay una imagen del edificio (es el que está en primer plano) si eso ayuda

Uno puede construir una jaula de Faraday bastante buena con alambre de gallinero, si es necesario. He visto varios de estos en laboratorios de investigación que están construyendo electrónica de bajo ruido (por ejemplo, para física de alta energía). ¿Se podría construir un edificio con materiales estándar y reducir en gran medida la intensidad de la señal para la recepción celular? Absolutamente, aunque la mayoría de las veces el problema probablemente no esté en los edificios sino en la red del proveedor celular local.
Solo como ejemplo de un edificio que es una verdadera jaula de Faraday. La imagen muestra un reloj atómico dentro de una instalación del PTB, cuyas paredes están completamente blindadas con cobre. de.wikipedia.org/wiki/Atomuhr#/media/File:Atomuhr-CS2.jpg
Otro ejemplo de edificio que tiene que ser (parcialmente) una jaula de Faraday: cualquier edificio que albergue un sincrociclotrón; de lo contrario, el edificio impediría que cualquier persona cercana escuchara la radio terrestre...
Sí, definitivamente es posible. Independientemente del país en el que viva, es probable que tenga algún tipo de departamento/ministerio/agencia/etc. de recopilación de inteligencia nacional, garantizado que entre sus diversos activos habrá una instalación segura protegida electromagnéticamente exactamente como una jaula de Faraday, precisamente con el propósito de mantener cualquier transmisión de entrar o salir.
La malla de alambre que se está discutiendo, especialmente la que se usa para reforzar las ventanas... ¿no tiene que estar conectada a tierra para que funcione como una jaula de Faraday?

Respuestas (2)

En general, la respuesta es "sí, es posible", pero en su caso la respuesta es "eso no es una jaula de Faraday".

Las ondas de radio se reflejan (parcialmente) por cualquier discontinuidad en la constante dieléctrica del medio a través del cual se propagan. Los que se propagan (a través de paredes, etc.) también experimentarán atenuación.

Una jaula de Faraday es una estructura conductora continua sin aberturas que sean "grandes en comparación con las longitudes de onda de interés". Su edificio tiene ventanas que son mucho más grandes que eso. La longitud de onda de la señal de un teléfono celular (frecuencia típica de 1800 o 1900 MHz, alrededor de 15 cm) es pequeña en comparación con las ventanas y la señal penetraría, lo que significa que no es una jaula de Faraday.

Por otro lado, las paredes proporcionan una atenuación significativa según el material, y las ondas que tienen que difractarse a través de la ventana también serían mucho más débiles cuando llegaran a ti. Si el gimnasio estaba lo suficientemente lejos de la torre celular más cercana, es fácil obtener un "punto muerto" en la recepción.

Como referencia, de acuerdo con este enlace, un muro de concreto proporciona de 10 a 15 dB de atenuación, lo que puede ser suficiente para reducir la señal de "OK" a "no OK", según la intensidad de la señal en el exterior.

Ya veo. ¿La interferencia de las ondas reflejadas con las ondas entrantes explicaría la disminución de la recepción cerca de las paredes exteriores del edificio?
La interferencia de la onda reflejada dará como resultado ondas estacionarias cerca de la pared y posibles puntos muertos, pero estos tendrían solo unos pocos cm de ancho (la distancia de pico a pico sería la mitad de una longitud de onda o 7-8 cm)
Entonces, el corolario de su respuesta parece ser que si el enlace solo requiriera transmisión de señal desde el teléfono, esto probablemente funcionaría bien (ya que las paredes no absorben mucha radiación EM, eventualmente escapa a través de las ventanas). En realidad, la señal también debe recibirse y debe ingresar en ventanas relativamente pequeñas para que el teléfono la reciba. Debido al pequeño tamaño de las ventanas, la señal se refleja principalmente, por lo que su amplitud dentro del edificio es pequeña, por lo que el enlace no funciona. ¿Es correcto?
@Ruslan no del todo. La atenuación de la señal es la misma en ambas direcciones: este es un teorema fundamental llamado reciprocidad, resultado de la simetría en la naturaleza. Esta es la razón por la que un teléfono celular puede observar la fuerza de la señal recibida para determinar cuánta energía usar para la transmisión (lo que a su vez es la razón por la cual los maltratadores se agotan más rápidamente cuando se encuentra en un área con poca señal)
@Floris Unos pocos cm alrededor de la pared es donde está el punto muerto. Voy a comprobar si puedo encontrar otro punto muerto cerca de la ubicación donde estará el próximo nodo.
Las ondas estacionarias de @lorentzfactor son posibles, pero tienden a generar mínimos muy localizados. Sería interesante escuchar lo que encuentras. Por cierto, si tiene un iPhone, hay un truco para ver la intensidad de la señal en dB: marca el siguiente número desde el teléfono y pasará al modo de "servicio de campo" mostrando la intensidad de la señal: *3001#12345#*- útil cuando intenta caracterizar / trazar señales débiles!
Puede hacer que se hagan revestimientos en la ventana para bloquear el infrarrojo. Estos revestimientos pueden estar basados ​​en plata, que también bloquea las ondas de radio.

Solo para agregar a lo que ha dicho Floris. Es frecuente (en el Reino Unido) que los entornos institucionales tengan vidrios templados en las ventanas, particularmente en baños, gimnasios, etc. que tendrían la forma de una malla de alambre (del orden de 1 cm de rejilla) incrustada en el vidrio. Eso haría un trabajo particularmente bueno al bloquear las señales telefónicas que de otro modo penetrarían el vidrio.

Buen punto. Creo que este es el caso de las ventanas de las puertas de mi escuela, pero no creo que sea así con las ventanas grandes del gimnasio. Sin embargo, me aseguraré de comprobarlo cuando lo vuelva a ver.
Buen punto Rob. Dicho cable evita que una ventana se rompa (con fragmentos volando por todas partes) si se impacta, por ejemplo, con una pelota (muy probablemente en un gimnasio). Los agujeros en la malla suelen ser del orden de un cm y, como tales, proporcionarían un mejor blindaje.
Sin embargo, ¿esas mallas generalmente están conectadas a tierra? De lo contrario, solo pueden proteger longitudes de onda mucho más pequeñas que la ventana. Entonces, sí, probablemente funcione para teléfonos móviles, pero realmente no calificaría como una jaula de Faraday.
@leftaroundabout De hecho, si la malla es más pequeña que la longitud de onda (que es el caso aquí, creo), entonces reflejan o atenúan las microondas de manera eficiente. No se requiere conexión a tierra.
@RobJeffries: claro, si la malla en su conjunto es mucho más grande que la longitud de onda. De lo contrario, es solo una antena ineficiente que dispersa un poco las ondas.
@leftaroundabout La longitud de onda normalmente sería de 10-15 cm, que es claramente más pequeña que la ventana pero más grande que la malla. Sin embargo, una malla fina envuelta alrededor de un teléfono móvil parece bloquear la señal con bastante eficacia.
No solo las ventanas, sino que usar una malla de alambre como cortina interior de refuerzo es una técnica común en el trabajo de yeso y bloques de concreto, los cuales son bastante comunes en los gimnasios escolares que crecí viendo en Texas. No sé si los edificios que vi estaban reforzados con varillas, mallas, envolturas o una combinación, pero existe una gran posibilidad de que los bloques que vi en los gimnasios se verían como una red de malla de metal relativamente fina si se quitara todo lo demás. @leftaroundabout En este caso, la malla estaría interconectada y casi seguramente conectada a tierra, aunque solo de manera incidental.
¿Es (prácticamente) posible que un gran edificio sea una jaula de Faraday?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 7v