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在微波爐中測試手機

生活科學趣談

來看一個有趣的影片,開頭的第一個實驗相信會跌破不少人眼鏡,因為在微波爐中的手機竟然能收到訊號!

難道微波爐不屬於能屏蔽電磁波法拉第籠嗎?

畢竟上則影片證實收音機與手機在鐵網中是收不到訊號的,不是嗎?再來看一則,法拉第籠就是要這樣玩才精彩

由於法拉第籠的屏蔽效應是如此根深蒂固的深植於人心,因此實驗結果才會讓這位Physics Girl感到訝異。更有趣的是在該影片《Can you call a cell phone in the microwave?》底下的網友留言中,有不少人懷疑這位Physics Girl是使用了5GHz而非2.4GHz的wifi所導致。因為2.4GHz的wifi比微波爐的2.45GHz的微波波長還長,既然波長更長,如果我們把手機放入微波爐,然後關閉爐門。微波爐所使用的電磁波都關得住了,手機應該更不會響了,是吧?因此網友們才會懷疑她是使用了波長更短的5GHz頻段來通訊。姑且先不論她是使用wifi還是3G來撥號(使用LINE之類的APP來撥號才有這個問題,否則3G的波長更長),咱們先來看一段相關的實驗影片:

其實屏蔽效應一般稱為”靜電”屏蔽效應,對電磁波而言還須考慮集膚效應集膚深度。簡單的說,就是電磁波射向一片金屬板時,大部分能量被反射,小部分能量進入金屬,該電磁波的強度會隨進入金屬的深度成e指數衰減(轉換為金屬內部的電流),當金屬層過薄時,電磁波就會穿透金屬層繼續傳播。對於相同金屬材料而言,電磁波頻率越高,衰減越快。由於上則影片之電磁爐產生的電磁波頻率不高,因此一個鐵鍋的厚度並無法完全阻擋電磁波,以致於喇叭還會響,這也透露出:使用電磁爐時應該盡量採用厚一點的鍋子。

不過,對於微波爐使用的2.45GHz而言,金屬鐵的集膚深度還不到1微米,這遠小於圈住微波爐四周的鐵片厚度,當然也包括爐門那片網孔的鐵片厚度。看到這裡,或許有人會懷疑難道電磁波是從網孔中透射出來的嗎?答案當然不是,因為孔徑只要小於電磁波波長的1/4時,電磁波就無法穿過金屬網孔,因為網孔可視為管長為鐵網厚度的波導管。2.45GHz的微波波長約為12cm,四分之一波長就是3cm,爐門的網孔直徑卻是1mm左右,這遠小於3cm,因此微波爐中能量最高的主諧振波就透不出去了。(註:若也考慮波導管中的其他傳播模式,網孔直徑通常須小於12公分波長的1/20,也就是6mm 。承蒙謝小林先生提供的寶貴資料→ MT-095. pdf)

回來看Physics Girl的粉絲們所懷疑的5GHz wifi,這頻率比微波爐使用的頻率更高,集膚深度更淺;波長雖是2.45GHz的一半左右,但是爐門的孔徑1mm依舊遠小於這個1.5cm的wifi波長,所以這不是使用哪一個wifi頻段的問題。既然不是集膚深度與爐門網孔的問題,那麼為什麼在微波爐中的手機還能收到訊號呢?相信已有不少朋友已經猜出答案了,那就是「微波爐洩漏」的問題,也就是從爐門邊緣洩漏出來的。因為爐門的寬度遠大於3cm,因此微波若有洩漏主要就是從爐門與腔室之間的縫隙透出來,既然會洩漏,當然手機的wifi訊號就能進得去了。

結論:

Physics Girl 實驗中的第一個微波爐有微波洩漏的問題,因此這似乎是一個檢測家中微波爐是否會洩漏的簡易判別方法。不過,測試時千萬不可以按到微波爐開關,否則…