手機電磁波
用鐵籠子可將電磁波關起來?
目的
利用行動電話手機做為電磁波發射源，藉由簡易型的電波偵測器檢測手機所發出的電磁波以了解電磁波的特性。
實驗
實驗裝置：手機、簡易電磁波偵測器、邊長約30cm鐵絲籠（網目邊長約4cm與1cm各一個）、保利龍片、鋁箔紙等。
- 將手機置於保利龍片上與電磁波偵測器相距約5cm，撥打手機”080”（免付費），撥出後身體至少離開30cm以免干擾。固定手機與電波偵測器擺設方式，調整電波偵測器位置，觀察所測到電磁波強度變化情形。
×實驗演示
- 將手機置於保利龍片上與電波偵測器相距約10cm，撥打手機。再將手機（置保利龍片上）放入網目邊長4cm鐵絲籠，觀察所測到電磁波強度大小。（斷線須重撥）
×實驗演示
- 更換網目邊長1cm鐵絲籠重複實驗，觀察所測到電磁波強度大小。
×實驗演示
- 將鐵絲籠以鋁箔紙包覆，重複實驗，觀察所測到電磁波強度大小。
×實驗演示
原理思考
- 電磁波強度與距離有何關係?
- 隔離電磁波需要用金屬密閉嗎?
×原理探究
- 以電偶極(electric dipole)原理考量，輻射電磁波電場強度與距離呈反比關係，功率則與距離平方成反比。
- 電磁波打到金屬上的穿透程度，稱之為skin effect，與頻率方根反比[1]。以手機電磁波頻率1800MHz為例，打到鋁箔上進入2μm便已衰減63%（此深度稱為集膚深度skin depth）。
- 以孔徑方式隔離電磁波可由Maxwell方程式做數值計算。以邊界上的感應電流與孔徑上的電磁場，利用類似惠更斯原理可算出空間的電磁場。通常孔徑附近的能量稱為近場(near field)，並不向外傳遞；而距離大於數個波長以外的遠場(far field)，當頻率變高與孔徑變大時其隔離效果(shielding effect)越差。
討論
- 固定功率的輻射源（如燈泡），距離與輻射功率應有何關係?
- 電磁波會從金屬孔隙"跑出來"，可用類似光的繞射原理解釋嗎?
- 在鐵絲網中的手機位置會影響電磁波"跑出來"的結果嗎?
- 討論所見過的微波爐門與天線反射面（如屋頂上俗稱大小耳朵）的結構。
- 以單一孔隙的金屬面與同大小網目的鐵絲網比較，電磁波穿透的效果一樣嗎?
- 以保利龍墊高的用意何在?
- 打手機時用耳機會使頭部接受較少的電磁波嗎?
關於實驗
- 台灣地區以 GSM 900/1800 為主要之行動電話通訊系統。電磁波頻率 ƒ 約 900MHz 或 1800MHz（實際數值見手機內部標示）換算波長 λ 大約 33cm 或 17cm (
, c:光速3×108m/s) 。電磁波在長度為半波長的導電體上感應正負電荷作振盪即為偶極天線的原理，可藉此接收或發射電磁波。若將其中一極以接地或其他導體取代，則為單極天線，長度為 1/4 波長。
- 雖然行動電話系統使用之展頻與調變技術並非發射固定振幅之連續波，但利用檢波方式仍可了解手機在通話期間的發射功率情形。
- 簡易型的電波偵測器：附件
參考資料
- D.K.Cheng,"Field and wave electromagnetics."
製作
v.1 曾前助理
指導老師
陳泰利
撰稿
陳泰利
