电磁波屏蔽实验的探究

1、电磁波屏蔽实验的探究电磁波屏蔽实验的探究如何才能有效屏蔽电磁波呢?许多人认为，只耍用金属网裹起 来，或做一个金属箱子，就能够屏蔽电磁波了。事实并非这么简单。 现就电磁波的屏蔽实验做一些探究。1电磁波屏蔽的探究实验实验一 打开袖珍收音机，调节长波段收听广播电台。在听到清 晰的广播电台的播音后，把收音机放入金属网罩里（如两只不锈钢淘 米勢口对口合起来），这时就听不到广播电台的播音了，只听到收音 机发出“叽叽嚓嚓”的朵音，这说明金属网对长波段的电磁波有屏蔽 效果，但不能完全屏蔽长波段的电磁波。当把收音机调至短波段收听广播电台，在听到清晰的广播电台的 播音后，再把收音机放人金属网罩里，却能听到广播电台

2、的播音，但 也有杂音。这说明金属网罩对短波段电磁波几乎没有屏蔽效果。如果把手机放入金属网罩里，用另一只手机拨打金属网罩里的手 机，你会听到金属网罩里的手机发出正常的来电提示铃声。这说明金 属网罩对超短波或微波段电磁波也不能产生屏蔽作用。实验二 微波炉在人们的心目中对电磁波应该有很好的屏蔽效 果，但事实并非如此。把收音机调至长波段接收广播电台的清晰播音 后，把它放入微波炉里，并关紧炉门（非运行状态），这时就听不到广 播电台的播音，而是一片杂音。这说明微波炉对长波段电磁波有屏蔽 效果，但不能完全屏蔽。如果把收音机调节至短波段，使其处在正常接收状态，再把它放 入未运行的微波炉里，并关紧炉门，收音机仍

3、能接收到广播电台的播 音，但音量变低且有杂音。这说明微波炉不能屏蔽短波段电磁波。当把手机放入未运行的微波炉里，并关紧炉门，用另一只手机拨 打微波炉里的手机，微波炉里的手机会发出来电提示铃声。这说明微 波炉对手机的信号也不能屏蔽。由此可推理得知：微波炉在运行时产生的微波是会向外辐射的。 这可以用简单的实验来验证：打开收咅机并使它处在清晰的接收状态, 然后把收音机靠近正在运行的微波炉旁，随即听到收音机里发出“咔 嚓咔嚓”的杂音，并且靠得越近，这种杂音越大，停止微波炉的运行 后，收咅机乂恢复到清晰的播咅状态。这充分说明微波炉产生的微波 是会向外泄漏的。由于微波炉运行时产牛的微波强度是手机信号的儿 百

4、万倍!因此，最好不要使用微波炉，如果使用微波炉，应离它远一 点。实验三 取只新铝饭盒替代金属网罩，分别把收音机、手机放 入铝饭盒里，并盖紧饭盒盖了，重复实验一的实验步骤。得到的实验 结果与实验一的结果有差别：把收咅机调至长波段或短波段处在清晰 的接收状态后，再放入铝饭盒里，不再是清晰的播音了，增加了 “咔 嚓咔嚓”的杂音。当把铝饭盒的盖了盖紧后，贴近铝饭盒听不到广播 电台的播咅，而是杂咅。这说明铝饭盒盖紧盖子后对长波段和短波段 电磁波都有屏蔽效果。但是，把手机放入铝饭盒里并盖紧盖子，再用 另一只手机拨打它，饭盒里的手机照样发出来电提示铃声。这说明盖 紧的铝饭盒对微波段电磁波没有屏蔽效果。实验四

5、 现在用铝高压锅做实验。分别将收音机、手机放在高压 锅里，盖紧锅盖，并在安全阀上方罩上一不锈钢茶杯，重复实验三的 实验步骤进行实验，虽然铝高压锅的壁厚是铝饭盒的好儿倍，但得到 的实验结果也与实验三的结果非常和似。把收音机调至长波段或短波 段处在清晰的接收状态后，再放入高压锅里并盖紧锅盖，贴近高压锅 听不到广播电台的播音，而是杂咅。把收咅机换成手机，能听到锅里 的手机发出正常的来电提示铃声。这说明高压锅盖紧盖子后对长波段 和短波段电磁波有屏蔽效果，对手机信号没有屏蔽效果。实验五 再用电冰箱来做实验。分别将收咅机、手机放在未运行 的电冰箱里，并且关好电冰箱的门，重复实验一的实验步骤进行实验。 实验

6、结果是：放在电冰箱里的收音机能够接收到广播电台的长波、中 波、短波段电磁波信号，手机也能接收到来电信号，只是咅量变低而 已。实验六 我们现在在竖直的电梯里做电磁波屏蔽实验。人进入电 梯并关闭电梯门后，打开收音机接收广播电台。不管是调至哪个波段， 都能接收到，只是杂咅较多；用手机拨打电梯外的手机或固定电话， 都能与外界通话。这说明关闭着电梯门的竖直电梯对长波、中波、短 波和微波段电磁波都不能屏蔽。实验七 把收音机、手机拿到高大建筑物的地下层做实验。在地 下一层，打开收音机可以接收到广播电台的播音，但有一些杂音，手 机也可以与外界通话。在地下二层，打开收音机仍可以接收长波段的 广播电台的播音，但杂

7、咅很大，而调至到短波段吋，收咅机就无法接 收电台信号了。只是一片杂音。用手机与外界通话吋，在地下二层的 入口处还可以，再往里走信号就中断了。在地下三层吋，收音机、手 机都无法接收外界信号。实验八取一只密封性好的铁皮盒（如盒盖较深的新茶叶盒），重 复实验-的实验步骤进行实验，奇迹出现了：不管收咅机调至哪个波 段接收，只要放入铁皮盒里并盖紧盒盖，都接收不到广播电台的播音。 如果把手机放入铁皮盒里并盖紧盒盖，用另一只手机拨打盒中的手机, 盒中的手机没有反应，从拨打手机的话筒里传出“暂时无法接通”。 实验表明：密封性好的铁皮盒对长波、中波、短波和微波等电磁波都 有很好的屏蔽效果。令人称奇的是:把手机放

8、入铁皮盒里，先敞着盒口或虚盖着盖了， 用另一只手机拨打铁皮盒里的手机，等被拨打手机发出来电提示铃声 后，立即盖紧铁皮盒盖子，这吋铁皮盒里的手机仍然发出來电提示铃 声，并且铃声持续约28秒（正常來电提示铃声持续约45秒）！密封性 好的铁皮盒对电磁波有很好的屏蔽效果，为何这时就“失灵” 了呢？更令人称奇的是：当把一手机放入铁皮盒里，用另一手机拨打盒 里的手机,等被拨打手机发出來电提示铃声后，立刻盖紧铁皮盒盖子， 再关掉拨打手机的拨打信号，但是铁皮盒里的手机仍然能发出来电提 示铃声，并且來电提示铃声持续的时间也是在28秒左右。切断来电 信号源后，盖紧的铁皮盒里的手机为何还能持续二十多秒的来电提示 铃

9、声呢？如果铁皮盒的盖口较浅（即盒口与盖子z间重叠的部分不多）、盖 了乂较松，就没有这样的屏蔽效果。那么，如何解释上述这些实验现象呢?首先我们应该了解电磁波 的基本特性和屏蔽机理。2电磁波的基本特性电磁波(乂称电磁辐射)是交变的电场与磁场在空间中以波的形 式移动，是能量和动量的有效传递。电磁辐射可以按照频率分类，从 低频率到高频率，如居民家庭用电频率为50iiz,属低频，上去就是 无线电长波、中波、短波、超短波、微波、红外线、可见光、紫外光、 x 一射线和伽马射线等等。人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在380 至780纳米z间，称为可见光。只要是本身温度大于绝对零度的物体, 都可以发射电磁辐射。

10、电磁波频率低时，主要借助有形的导电体才能 传递。原因是在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其 能量几乎全部返冋原电路而没有能量辐射岀去；屯磁波频率高时即可 以在自由空间内传递，也可以束缚在有形的导电体内传递。在自由空 间内传递的原因是在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能 全部返回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去(其速度约等于光速c), 不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。电磁波通过不同介质时，会发生折射、反射、绕射、散射及吸收 等等。电磁波的传播有沿地面传播的地面波，还有从空中传播的空中 波以及天波。波长越长其衰减也越少，

11、电磁波的波长越长也越容易绕 过障碍物继续传播。3电磁波的屏蔽机理屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁 场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用 屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起來， 防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起 来，防止它们受到外界电磁场的影响。电磁波屏蔽的机理是：(1) 当电磁波到达屏蔽体表面时，由于空气与金属的交界面上阻 抗的不连续，对入射的电磁波产生能量反射。这种反射不要求屏蔽材 料必须有一定的厚度，只要求交界面上的不连续。(2) 未被表面反射掉的电磁波能量进入屏蔽体体内向前传播的过 程屮，

12、与屏蔽材料产生涡流，衰减屯磁波的能量，也就是所谓的吸收；(3) 因电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分电磁波, 即抵消能量。(4) 在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量，传到材料的另一表面时, 遇到金属一空气阻抗不连续的交界面，会形成再次反射，并重新返凹 屏蔽体内。这种反射在两个金属的交界面上可能有多次的反射。屏蔽体对电磁波产纶反射，吸收，和抵消等作用。从而起到减少 电磁波辐射的作用。影响屏蔽体屏蔽效能的两个因素：一个是整个屏蔽体表面必须是 导电连续的，另一个是不能有直接穿透屏蔽体的导体。屏蔽体上有很 多导电不连续点，最主要的一类是屏蔽体不同部分结合处形成的不导 电缝隙。这些不导电的缝隙就产

13、生了电磁泄漏，如同流体会从容器上 的缝隙上泄漏一样。解决这种泄漏的-个方法是在缝隙处填充导电弹 性材料，消除不导电点。这就像在流体容器的缝隙处填充橡胶的道理 一样。这种弹性导电填充材料就是电磁密封衬垫。在许多文献中将电 磁屏蔽体比喻成液体密封容器，似乎只有当用导电弹性材料将缝隙密 封到滴水不漏的程度才能够防止电磁波泄漏。实际上这是不确切的。 因为缝隙或孔洞是否会泄漏电磁波，取决于缝隙或孔洞相对于电磁波 波长的尺寸。当波长远大于开口尺寸吋，并不会产生明显的泄漏。但是，不是随便什么金属都能起到屏蔽作用的：当干扰电磁场的频率较高时，利用低电阻率的金属材料中产生的 涡轮，形成对外來电磁波的抵消作用，从

14、而达到屏蔽的效果；当干扰 电磁场的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在 屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去；在某些场合下，如果要求对 高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果吋，要采用不同的金属材料 组成多层屏蔽体。4电磁波屏蔽实验现象分析在实验一中，z所以金属网里的收音机不能接收长波段广播电台 的信号，是因为长波段的波长远大于金属网的网眼，此波段的电磁波 不会产牛明显的泄漏，只有少部分的电磁波进入金属网内。所以，只 能听到收音机发出“叽叽嚓嚓”的杂咅。而短波、微波的波长比长波 的波长小得很多，与金属网的网眼尺寸相差不是很大，电磁波能够进 入金属网里。因此，收音机在金属网里能够接收

15、到短波段的广播电台 信号，手机就更容易接收到來电信号了。在实验二中，因为微波炉的透气孔、微波炉炉门的网眼尺寸与实 验-中不锈钢淘米算的网孔接近。所以它们对电磁波的屏蔽效果也就 有类同的结果。而微波炉的密封性比不锈钢淘米勢好得多，无线电波 的辐射量相对减少。因此，收咅机虽然能接收到广播电台的短波信号， 但咅量变低且有杂咅是很自然的了。通过推理和进一步的实验验证， 使我们清晰的了解到：市售的微波炉在运行吋是会向外泄漏电磁波的, 最好不要使用微波炉。在实验三中，由于铝饭盒是新的，当把铝饭盒的盖子盖紧后，它 的密封很好，即使饭盒口与盖子z间有缝隙，但广播电台的长波、短 波等电磁波的波长远大于这缝隙的尺

16、寸，该电磁波不会产生明显的泄 漏，所以放在新铝饭盒里的收咅机就不能接收到广播电台的信号了。 而传送手机信号的电磁波是900 mhz、1800 mhz、1900 miiz的载波频 率，属于微波波段，其波长与盒盖的缝隙尺寸不是相差甚远，会产生 这类电磁波的泄漏，因此放在新铝饭盒里的手机能接收到盒外的来电 信号。在实验四中，虽然铝高压锅看上去密封得很好，但锅口与锅盖之 间的垫圈是非金属的，这个狭缝是微波段电磁波的一个泄漏通道，而 广播电台的长波、短波段电磁波波长和对于这个狭缝就相差甚大了， 就不易辐射。所以放在铝高压锅里的收咅机就不能接收到广播电台的 信号，手机能接收到锅外的来电信号。在实验五中，由

17、于电冰箱的箱门、箱壁的许多部分都是非金属的， 并且其尺寸很大，对于无线电的长波、中波、短波、微波段信号相当 于是敞开的大门。所以放在电冰箱里的收咅机、手机都能接收到外面 的信号。在实验六中，竖直的电梯虽然关闭着门，但是门缝还是比较宽的， 上下及边框也有缝隙，这些都是长波、中波、短波、微波段电磁波辐 射的通道。所以在竖直的电梯里的收音机、手机都能接收到外面的信 号。在实验七屮，虽然地下入口很大，但是地下层是在地平线下面, 大地本身就是导体，加之地下层的建筑钢筋，对电磁波的层层吸收和 抵消，越向下、越向里去，电磁波辐射的部分越少，因此在地下三层， 电磁波已被屏蔽，收音机、手机就接收不到信号了。在实

18、验八中，铁皮盒的密封性好（盒盖较深的新茶叶盒），即使有 极小的狭缝，由于盒盖较深，盒口与盖子z间重叠的部分多，极小的 狭缝不能连续的延伸到里面，并且电磁波的绝大部分波长远大于这些 狭缝的尺寸，因此电磁波不会产牛明显的泄漏。所以封闭在该铁皮盒 里的收音机、手机都辐射不到电磁波，也就不能收听到电台的播音和 发出來电提示铃声了。当铁皮盒敞着口或虚盖着盖子，用另一只手机拨打盒内的手机, 等盒内手机发出来电提示铃声后，再盖紧盖子，这时电磁波已被屏蔽, 不管拨打手机的信号是否关闭，盒内的手机已与盒外电磁波隔断，为 何手机还能持续发出来电提示铃声呢?因为盒内手机的信号被切断的 瞬间，手机信号的谐振电流将迅速降小，就在谐振电流减小的瞬