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標題: 法拉第笼的物理原理以及如何为您的手机制作法拉第笼 [打印本頁]

作者: joypaul369 時間: 2024-1-10 15:11
標題: 法拉第笼的物理原理以及如何为您的手机制作法拉第笼
你无法阻挡电磁波，但有一种方法可以让手机等电子设备处于隐形模式。奥列格·梅尔尼克戴着钢丝头盔，接受法拉第笼内特斯拉线圈的电击…… 奥列格·梅尔尼克 (Oleg Melnik) 戴着钢丝头盔，在明斯克埃利门托科学博物馆的法拉第笼内接受来自特斯拉线圈的电击。谢尔盖·加蓬/法新社，盖蒂图片社世界依靠电磁波进行通信。Wi-Fi、蓝牙、5G，甚至无线电波。但假设我们想要阻止设备与世界其他地方进行通信或干扰。您无法阻挡电磁波，但可以通过用导电材料包围设备来消除电磁波。我们称之为法拉第笼，这就是它的工作原理。什么是电磁波？例如，电荷（例如质子）会在其周围区域产生电场。该场远离正电荷，并且其强度随着远离电荷而减弱。这是电场的可视化，显示正电荷（红色球体）以及代表电场的不同位置的箭头：红球周围的箭头指向外面插图：瑞德·阿兰但还有另一种产生电场的方法：使用磁场。正如您可能猜到的那样，磁铁会产生磁场。如果移动这块磁铁，磁场就会改变。这种变化将产生一个电场。如果这对你来说很奇怪，事实证明改变电场也会产生磁场。这意味着变化的电场会产生变化的磁场，而磁场又会产生另一个电场。这是麦克斯韦方程组的关键思想之一，它显示了电场和磁场之间的关系。这四个方程由物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦于 19 世纪发表，展示了电磁波的数学可能性。他也是著名的“麦克斯韦妖”思想实验的发明者。如果我们能看到波的电场和磁场，它会看起来像这样：播放/暂停按钮视频：瑞德·阿兰如果这种电磁波的波长很长（大于10米），我们就称它为无线电波。对于较短的波，在1毫米到1米的范围内，它就是微波炉。您的眼睛可以检测到 400 至 700 纳米范围内的较短波长：即可见光。我们将这些波归入电磁波谱中。还有一个重要的概念：叠加原理。它说，当多个电荷产生多个场时，净场是各个场的矢量和。

最受关注考古学家在墨西哥北部的一个史前洞穴中发现了大约 3000 年前的婴儿遗骸考古学家在墨西哥北部的一个史前洞穴中发现了大约 3000 年前的婴儿遗骸安娜·拉各斯墨西哥在玛雅火车的路径上发现了近几十年来“最伟大的考古宝藏” 墨西哥在玛雅火 墨西哥电话号码表 车的路径上发现了近几十年来“最伟大的考古宝藏” 安娜·拉各斯 2024年天文历：全年所有日食、合相和流星雨 2024年天文历：全年所有日食、合相和流星雨豪尔赫·加雷 Spotify 上的时间胶囊：它是什么以及如何创建您的时间胶囊 Spotify 上的时间胶囊：它是什么以及如何创建您的时间胶囊费尔南达·冈萨雷斯让我们考虑以下示例：假设同一空间区域中有两个电荷。如何求这些电荷附近一点的电场？任何一点的电场只不过是每个电荷产生的场的矢量和。这就是两个电荷（红色球体）产生电场（白色箭头）的情况。此时所得的总字段由黄色箭头表示。两个红色球位于两个白色箭头下方，中间有一个黄色箭头插图：瑞德·阿兰如果两个电荷沿相同方向产生电场，则产生的电场会更大。然而，如果两个磁场方向相反，则磁场会更小。如果它们完全抵消，则为零。导体中的电场这正是法拉第笼的作用：它通过在相反方向产生第二个磁场来抵消一个电磁场。由于重叠，两个字段相互抵消并创建一个净空字段。电场为零时，不再有电磁波。但重要的是要记住，笼子不会阻挡电场，而是消除电场。通常，“笼子”是一个包围移动电话等物体的球壳，由某种导电金属制成。这种材料的导电性允许笼材料的电荷在其表面移动，并产生第二个电场，抵消来自手机的电磁波。因此，如果手机在外壳内发出信号，它将无法在法拉第笼外检测到它。

反之亦然：传入的电磁波将被法拉第笼中的移动电荷抵消。您的手机不会知道它正在收到短信或电话。行动自由让我们重点讨论为什么保持架材料很重要。法拉第笼由电导体、铜、铝和钢等金属制成。在导电材料中，原子可以与相邻原子共享一个电子。这意味着电子可以自由地从一个原子移动到另一个原子。对于绝缘体（木材、塑料或玻璃等材料）来说，情况不会发生同样的情况。在绝缘体的情况下，这些电子被粘在原来的原子上并且不能移动。当导体允许电荷移动时，有趣的事情就会发生。当电场遇到导电材料时，电荷会移动，从而使净电场为零。最受关注考古学家在墨西哥北部的一个史前洞穴中发现了大约 3000 年前的婴儿遗骸考古学家在墨西哥北部的一个史前洞穴中发现了大约 3000 年前的婴儿遗骸安娜·拉各斯墨西哥在玛雅火车的路径上发现了近几十年来“最伟大的考古宝藏” 墨西哥在玛雅火车的路径上发现了近几十年来“最伟大的考古宝藏” 安娜·拉各斯 2024年天文历：全年所有日食、合相和流星雨 2024年天文历：全年所有日食、合相和流星雨豪尔赫·加雷 Spotify 上的时间胶囊：它是什么以及如何创建您的时间胶囊 Spotify 上的时间胶囊：它是什么以及如何创建您的时间胶囊费尔南达·冈萨雷斯这是一个思想实验。想象一下，我有一个由导电金属制成的球体，并向其中添加了一些额外的电子。这些额外的电荷可以来自任何地方，但现实生活中最常见的例子是静电相互作用，例如当你用气球摩擦头发时产生的静电相互作用。电子从头发传递到气球。这种相互作用也是当你把袜子从烘干机里拿出来时让你感到震惊的原因，是什么让你的头发在冬天竖起来，是什么让 N95 口罩发挥作用，是什么让莱顿瓶发光。假设我将球体与刚从烘干机中取出的带电袜子接触，从而向球体添加了 100 个电子。所有这些电子都会产生推动其他电子的电场。结果，它们全部分离并最终落在球体的表面上。（他们无法跳出球体。）它看起来是这样的：播放/暂停按钮视频：瑞德·阿兰但这是最重要的部分。

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