“静电屏蔽”与“动电屏蔽”

杨习志 杨蒲英

（云南省昆明市第一中学，云南 昆明 650031）

在“静电屏蔽”这一章节里会经常遇到这样的一些问题，第一，既然金属导体可以屏蔽电场，那为什么我们还能在电梯里打电话.第二，现在的楼房全都是钢筋混凝土结构，整个房子被钢筋网状结构罩着，为什么我们依然可以在家里面打电话.第三，用手机能不能演示静电屏蔽现象.第四，商店里卖的孕妇穿的防辐射衣服有用吗？我们知道手机信号其实就是电磁波，因此，要解决这4个问题就得搞清楚静电屏蔽与电磁波屏蔽的区别，电磁波屏蔽暂且被称之为动电屏蔽，与静电屏蔽相对应.

静电屏蔽是指在外加电场的作用下，导体内电荷移动重新分布形成感应电场，感应电场总是与外电场大小相等，方向相反，故将外电场抵消，使得金属导体内部合场强为0，因此导体空腔内的电学仪器不会受到外加电场的影响.静电屏蔽不一定要密闭的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用.例如在高压线的上方会架两根金属线，这两根金属线就起到了对高压线的屏蔽作用.再如高压线上工作的工人都会穿一件含有金属网的衣服，以对高压线周围的强大电场起到屏蔽的作用.如图1所示，在不加金属网罩时，验电器的丝绸因带同种电荷而张开；如图2所示，一旦加上金属网罩后，由于金属网的屏蔽作用而使得金属罩内合场强处处为0，故验电器的丝绸不会张开.

图1

图2

图3

那么当把验电器换成手机时，还能不能起到这样的效果呢，笔者做了如下实验.如图3所示，将一手机放入金属网罩中，再用另一手机拨打金属罩内手机，信号畅通无阻，两部手机的信号丝毫没有减弱，可以正常通话，可见金属罩屏蔽不了电磁波.因此，这就是为什么我们在电梯里依然可以打电话的原因，同样在家里依然可以打电话.孕妇的防辐射衣服实际上是在衣服里加了一些金属丝，显然，在现在这样一个充斥着电磁波的环境中，孕妇的防辐射衣服是没有用的.那么金属导体能不能屏蔽掉电磁波呢？

电磁波是变化的电磁场，实际上金属导体可以屏蔽变化的电场的，只是屏蔽的机制不一样.当金属导体遇到变化的电场时，金属导体内的自由电子在变化电场的作用下发生移动形成传导电流，注意如果是静电场的话，电荷将在10－19s的时间内移动达到静电平衡.由于电磁波电场的方向时刻在变，故电荷会持续不断的移动而形成电流，电流产生的焦耳热使电磁波的能量不断消耗，其能量将按指数形式衰减，故电磁波只能透入导体的表面薄层导体的电导率越大，电磁波的频率越高，则穿透深度就越小.穿透深度的公式为，其中ω是电磁波的频率，μ是真空磁导率，σ是金属电导率.对于铜，当电磁波的频率为100MHz时，代入公式可计算出穿透深度为7×10－4cm，对于铝则为8×10－4cm.根据上面的数据可知，对于铝制盒子，只要其厚度达到8×10－4cm就可以将手机信号屏蔽在外.要注意的是以上结论只适用于金属无漏磁的情况下，即密封性较好的金属导体，网状的金属导体自然是不行的.

这样一来，我们就知道了，像金属网罩、钢筋混凝土结构、掺有金属丝的衣物以及较薄的金属壳等是阻挡不了电磁波的，那些商店卖的所谓的孕妇防辐射衣物实际上是没有用的，当然防静电辐射是可以的，但似乎我们周围的辐射基本都是电磁波，故穿着这些衣物防辐射的意义不大.那么电梯的金属层厚度远大于这个尺寸，为什么我们依然可以在电梯里打电话呢？这是因为电梯并不是完全密封的，其上表面是有透气孔的，并且电梯的门闭合程度并不高，对于手机信号来说，其波长达几十cm，尺寸远大于这些细缝，信号必定能通过衍射的方式进入电梯内部，因此，要防住电磁波，必须是达到一定厚度且密闭的金属导体.于是笔者找来了一个质量较好的保温杯，其密封性和厚度都比较好，重复上述实验发现手机提示“您拨打的电话无法接通”，符合预期结果.

1 刘召新.用手机演示静电屏蔽的可行性探讨［J］.物理教学探讨，2010（10）.

2 郭硕鸿.电动力学［M］.北京：高等教育出版社，1997.