Cómo neutralizar cualquier señal electromagnética: el principio de funcionamiento de la jaula de Faraday

El mundo entero depende de las ondas electromagnéticas para la comunicación: Wi-Fi, Bluetooth, internet móvil e incluso la radio, todos ellos utilizan un principio similar para funcionar.

Pero, ¿es posible, por ejemplo, impedir que un dispositivo específico se comunique con otros usando ondas electromagnéticas? Ya sea por motivos de contraespionaje o simplemente por curiosidad.

En general, esto es posible, aunque no se puede simplemente bloquear las ondas electromagnéticas. Sin embargo, se pueden neutralizar rodeando el dispositivo objetivo con un material conductor. Los científicos llaman a esto una jaula de Faraday, y a continuación exploramos cómo funciona.

¿Qué es una onda electromagnética?

Comencemos con la teoría. Una carga eléctrica (como un protón) crea un campo eléctrico en el área que lo rodea. Este campo está dirigido hacia afuera de las cargas positivas y disminuye con la distancia. A continuación, se muestra una visualización de un campo eléctrico que presenta una carga positiva (esfera roja) junto con flechas en diferentes lugares que representan el campo eléctrico.

El campo eléctrico también puede generarse mediante un campo magnético. Un campo magnético se forma alrededor de un imán, pero si lo mueves, el campo magnético cambia. Este cambio es lo que genera un campo eléctrico. Además, el proceso funciona en ambos sentidos: el cambio en un campo eléctrico también crea un campo magnético.

La posibilidad de la existencia de ondas electromagnéticas fue propuesta por el físico James Clerk Maxwell en el siglo XIX. Esquemas de los campos eléctricos y magnéticos en una onda se pueden representar de la siguiente manera:

Si la longitud de una onda electromagnética es de 10 metros o más, se llama onda de radio. A su vez, las ondas más cortas, de entre 1 milímetro y 1 metro, se llaman microondas. El ojo humano puede detectar ondas mucho más cortas, en el rango de 400 a 700 nanómetros, lo que conocemos como luz visible.

Otro concepto importante para comprender el electromagnetismo es el principio de superposición. Según este principio, cuando existen más de un campo creado por varias cargas, el campo neto es la suma vectorial de los campos individuales.

Consideremos un ejemplo: supongamos que hay dos cargas eléctricas en la misma región del espacio. ¿Cómo se encuentra el campo eléctrico cerca de estas cargas?

El campo eléctrico en cualquier punto es simplemente la suma vectorial de los campos creados por cada carga. Así es como se vería con dos cargas (esferas rojas), que crean campos eléctricos (flechas blancas). El campo general en este punto se muestra con una flecha amarilla.

Si dos cargas crean campos eléctricos en la misma dirección, el campo resultante será mayor. Pero si los dos campos están en direcciones opuestas, el campo será menor o incluso nulo, si los campos se neutralizan entre sí.

Campos eléctricos en conductores

La jaula de Faraday funciona según el principio descrito anteriormente: neutraliza un campo electromagnético creando un segundo campo en la dirección opuesta. Debido a la superposición, los dos campos se cancelan y crean un campo nulo. Con un campo eléctrico nulo, la onda electromagnética deja de existir como la conocemos. Sin embargo, es importante recordar que la jaula de Faraday no bloquea los campos eléctricos, solo los neutraliza.

En la práctica, una jaula de Faraday es una carcasa esférica hecha de un metal conductor que rodea un objeto, como un teléfono móvil. La conductividad del material permite que las cargas eléctricas se muevan por la superficie de la jaula, creando un segundo campo eléctrico que cancela la onda electromagnética del teléfono. Así, si el teléfono emite una señal dentro de la jaula de Faraday, esta no puede detectarse desde el exterior.

Esto también funciona a la inversa: las ondas electromagnéticas entrantes también serán neutralizadas por las cargas en movimiento. Es decir, un teléfono encerrado en una jaula de Faraday no sabrá si ha recibido un mensaje de texto o una llamada.

Los materiales con los que se construye la jaula de Faraday también son cruciales para su funcionamiento correcto. Como se mencionó anteriormente, estos deben ser metales conductores como cobre, aluminio o acero. En un material conductor, los átomos pueden compartir uno de sus electrones con los átomos vecinos, lo que significa que los electrones pueden moverse libremente. Esto no ocurre en un aislante, como la madera, el plástico o el vidrio, donde los electrones están unidos a sus átomos originales y no pueden moverse.

Jaulas de Faraday reales

Una jaula de Faraday no tiene que ser necesariamente esférica. Puede tener casi cualquier forma con un interior hueco. Sin embargo, en la práctica no basta con cubrir el teléfono con cualquier conductor eléctrico para esperar que funcione como una jaula de Faraday. Para que funcione correctamente, también se deben considerar otros dos factores: el grosor del material y su resistencia.

El grosor óptimo depende de la resistividad del material, sus propiedades magnéticas y la frecuencia de la onda electromagnética. Para ondas más largas, como las ondas de radio, se necesita un material mucho más grueso.

Supongamos que envolvemos un teléfono móvil con una sola capa de papel de aluminio. El papel de aluminio es un conductor eléctrico y puede actuar como una jaula de Faraday, pero es muy delgado. No hay suficientes electrones para moverse libremente a gran distancia, por lo que una jaula de papel de aluminio de una o varias capas no funcionará. Sin embargo, si se asegura un número suficiente de capas, es posible lograr una funcionalidad correcta.

La jaula de Faraday también puede realizarse con un material en forma de red en lugar de un material sólido. Este es un cálculo complejo, pero en general, si el diámetro de los agujeros en la red es menor que la longitud de onda de la onda electromagnética, todo debería funcionar bien.

Conclusión

El uso de una jaula de Faraday es una forma muy interesante y efectiva de desaparecer temporalmente de los "radares" y garantizar la privacidad completa de tu información.

Gracias a la pantalla que bloquea las ondas electromagnéticas dentro de una carcasa de metal cerrada, la jaula de Faraday aísla completamente los dispositivos dentro de ella de las señales externas.

Esto es especialmente relevante en tiempos de vigilancia digital masiva. Usar una tecnología tan simple, pero eficaz permite proteger temporalmente tu información personal.