Backyard Brains Logo

¡Neurociencia para Todos!

+56 9 9733-6213


productos ()

Experimento: La Jaula de Faraday

Incluso los mejores amplificadores del mundo (y el nuestro no califica) son susceptibles al ruido electromagnético. Imagina que tienes tu gran experimento listo, la preparación hecha y los electrodos en su lugar, pero...¡demonios! ¿Qué es ese ruido infernal que enmascara tus spikes? ¿De dónde viene? Puedes darle las gracias a Nikola Tesla por este ruido eléctrico, pero no te preocupes, ¡Michael Faraday viene al rescate!

Tiempo 30 Minutos
Dificultad Principiante

¿Qué vas a aprender?

En esta clase descubrirás exactamente qué es lo que causa la interferencia electromagnética (IEM) y como interfiere en tus registros. También aprenderás cómo funciona una jaula de Faraday para proteger tus grabaciones de esta IEM. Finalmente, construirás tu propia jaula de Faraday ¡y le declararás la guerra a las grabaciones ruidosas!

Prácticos Requeridos

  • SpikerBox - Debieras sentirte cómodo usando tu SpikerBox.


Antecedentes

Una jaula de Faraday es un recipiente hecho de material conductor, como por ejemplo una malla de alambre o planchas de metal, que protege lo que encierra de campos eléctricos externos. En nuestros experimentos, una jaula de Faraday se puede utilizar para evitar la interferencia electromagnética externa (IEM, o ruido) que interfiere con nuestras grabaciones neuronales. Como ya sabes, las señales neuronales que registramos son muy pequeñas (del orden de micro-voltios), así que usamos nuestros Spikerbox para amplificar estas pequeñas señales a una amplitud lo suficientemente grande par a que podamos escucharlas y registrarlas. Sin embargo, dependiendo de nuestro ambiente pueden existir emisiones electromagnéticas, de radio, microondas, u otros tipos de emisiones invisibles que pueden viajar a través del aire e interactuar con las agujas de metal y el cable que utilizamos como electrodos. El metal luego propaga la señal de ruido como una antena a nuestras grabaciones neuronales, lo que interfiere o incluso ahoga nuestras grabaciones, causando que en el peor de los casos, lo único que escuchemos sea ¡una estación de radio! Una jaula de Faraday se puede utilizar para bloquear muchas de estas fuentes de ruido.

La jaula de Faraday lleva el nombre de un científico del siglo XIX, Michael Faraday, pero para entender cómo funciona la jaula nos remitiremos a otro famoso científico, Charles-Augustin de Coulomb. Coulomb trabajó mucho en la dinámica de partículas cargadas y los campos eléctricos que generan. Coulomb determinó que el campo eléctrico, E, en un radio r de distancia de una carga estacionaria puntual, Q, podría ser calculado por la siguiente ecuación:

Donde ε0 es la permitividad del espacio libre y er es el vector unitario radial. Si no entiendes esta matemática (algún día la entenderás), básicamente significa que la intensidad del campo eléctrico disminuye cuanto más lejos estés de una fuente eléctrica. Si estás manejando por la carretera y notas por ejemplo como una estación de radio se "desvanece" (deja de sonar), es porque te estás alejando de la torre de transmisión.

El mensaje es que esta ley sienta las bases para una relación matemática que relaciona la carga y el campo eléctrico dentro de un volumen fijo de espacio. Una jaula de Faraday encierra un volumen fijo de espacio, y, si la jaula está hecha de material conductor, la característica clave de este de esta jaula es que evita que cargas externas induzcan campos eléctricos dentro de ese volumen. Aquí están dos de las principales reglas que rigen este efecto de barrera:

  1. La Ley de Coulomb exige que las cargas en un conductor en equilibrio estén lo más separadas posible, y por lo tanto la carga eléctrica neta de un conductor reside enteramente en su superficie.
  2. Cualquier campo eléctrico neto dentro del conductor causaría un movimiento de carga, ya que ésta es abundante y móvil, pero el equilibrio exige que la fuerza neta en el conductor sea igual a cero. Así, el campo eléctrico dentro del conductor es cero.

La segunda regla nos dice que el campo eléctrico dentro del conductor en equilibrio es cero, la regla 1 nos dice que la carga del conductor se encuentra por completo en la superficie (frontera). En otras palabras, la superficie del volumen conductor se convierte en una barrera donde las cargas se mueven hacia y alrededor de la superficie para generar campos exactamente opuestos a cualquier carga que busca cruzar la frontera, manteniendo así un interior libre de interferencia eléctrica externa.

Faraday demostró por primera vez esto en un famoso experimento usando una cubeta de hielo y una esfera de metal. Faraday hizo descender una bola metálica cargada con electricidad estática a un balde metálico sobre una silla de madera que aislaba el balde del suelo. Cuando la bola cargada bajó y entró al balde sin tocarlo, las cargas sobre la superficie del balde se redistribuyeron a través de inducción electrostática. Este concepto se conoce como el principio de la jaula de Faraday.

Ahora examinaremos los efectos de la jaula de Faraday en varias condiciones al hacer registros neuronales con el SpikerBox, junto con un sencillo experimento que puedes hacer en tu casa.

Video

Procedimiento

Construyendo la Jaula de Faraday

Ojo, también vendemos Jaula de Faraday prearmadas por si no tienes ganas de ir a la ferretería.

  1. Mide un rectángulo de malla metálica de 8 x 16 pulgadas
  2. Corta el rectángulo con unas tijeras de trabajo pesado
  3. Mide cinco listones de madera de ocho pulgadas de longitud
  4. Extiende el rectángulo de malla metálica cuidadosamente, para que quede plano
  5. Engrapa los listones de madera a la malla metálica con una grapadora y grapas industriales ligeras
  6. Engrapa el primer listón al final de la malla, a lo largo de ésta
  7. Engrapa el segundo listón a 5,5 pulgadas de la primera tira, de nuevo en el sentido longitudinal de la malla
  8. Engrapa el tercer listón a 2,5 pulgadas de la segunda
  9. Engrapa el tercer listón a 5,5 pulgadas de la tercera
  10. Engrapa el quinto listón en el otro extremo de la malla
  11. Los listones de madera son abrazaderas, así que después de engraparlas, dobla la malla en cada tira para formar una caja rectangular
Cómo usar la Jaula de Faraday con tu SpikerBox
  1. Prepara una pata de cucaracha par hacer registros como se describe en el Experimento 1
  2. Crea un ambiente ruidoso conectando un computador portátil a la toma de corriente (60 Hz de ruido eléctrico) y encendiendo un cautín u otro aparato de alta potencia. Enciende el Spikerbox en este entorno ruidoso, y también enciende todas las luces fluorescentes cercanas. a. Anota observaciones de nivel de ruido vs nivel de la señal neuronal.
  3. Conecta una pinza a la tierra del SpikerBox (la parte externa del conector RCA).
  4. Coloca el Spikerbox en tu jaula de Faraday, con la jaula abierta. Anota observaciones de nivel de ruido vs nivel de la señal neuronal.
  5. Cierra la jaula de Faraday, pero no conectes la pinza a nada. Anota observaciones de nivel de ruido vs nivel de la señal neuronal.
  6. Conecta la pinza a la malla de la jaula. Anota observaciones de nivel de ruido vs nivel de la señal neuronal.
Cómo usar la Jaula de Faraday con un celular

Los microondas son ejemplos de jaulas de Faraday, ya que están diseñados para impedir que la radiación utilizada para cocinar el alimento se escape hacia afuera. El papel de aluminio es un material conductor, que también puede utilizarse para crear una jaula de Faraday.

  1. Llama a tu teléfono celular y asegúrate que suene (esta es tu condición control).
  2. Luego, toma tu teléfono celular y ponlo en un horno de microondas (¡apagado!).
  3. Llama al teléfono celular desde otro teléfono. ¿Suena?
  4. A continuación, abre la puerta del microondas y marca el número de teléfono de tu casa en tu celular. Tan pronto como pongas "llamar", cierra la puerta del microondas rápidamente. ¿Suena el teléfono de tu casa?
  5. Por último, envuelve el teléfono celular en papel de aluminio. Llama al teléfono celular nuevo ¿suena?

Preguntas de Discusión

  1. ¿Qué crees que una jaula de Faraday le haría a una señal electromagnética que viene desde dentro de la jaula? ¿Podría alguien, afuera de la jaula de Faraday, recibir la señal?
  2. ¿Cuál sería el lugar perfecto para hacer una grabación?
  3. ¿Qué crees que pasaría si utilizaras un alambrado con mayores espacios en vez de la malla metálica más fina?
  4. ¿Por qué crees que los mensajes de texto de del celular son capaces de interferir con el SpikerBox a pesar de que los agujeros en la jaula de Faraday son más pequeños que los 1,4 cm calculados?

Extra (enviada por un usuario)

Tabién podríasusar una caja metálica, luego de haberte comido todas las galletas que venían adentro. En lugar de usar un cable de pinzas doble para conectarla jaula de Faraday, puedes hacer tu propio cable que contenga 3 alambres, 2 para usar como los electrodos normales (referencia + electrodo de registro) + una referencia extra con una pinza que conectes a la caja metálica.