神奇屏蔽效應

THE MERIT TIMES

文／簡麗賢　 2023-03-28

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圖／Julia Chou

文／簡麗賢　

媒體報導：「男子自製錫箔紙盒，宣稱能躲過賣場防盜偵測，還拿到書店測試，因行跡可疑，被店員發現後奪門而出，最後被警察偵訊。」

對於男子自製的魔術防磁盒，警方感到好奇，經測試結果，真的能成功干擾書店防盜感應門，矇騙過關。

隔離電場訊號微弱

內襯錫箔紙的紙盒裝偷竊物，為何可以躲開防盜系統呢？這是物理學的「屏蔽效應」，包含金屬的靜電屏蔽效應（electrostatic shielding）或電磁波屏蔽效應，以屏蔽材料如鋁箔錫箔等材料，阻隔外界電荷或電磁波的干擾，降低外界電磁能量的影響。

錫箔紙是用金屬製成，任何被金屬包住的物品，對外界電荷形成的電場反應遲鈍，也就是說，屏蔽效應是金屬擋住外界的電磁波和電荷的影響，電磁波無法穿透金屬層的現象。如果你把手機放在鐵盒裡或金屬罐內，手機接收訊號的效果變得很低。

以物理的靜電學理論闡述屏蔽效應，將實心金屬導體或中空金屬導體殼放在電荷建立的靜電力的電場環境中，由於靜電感應，在導體的表面會產生「感應電荷」，結果使導體或空殼內部的任一點的電場為零，導體內部沒有法拉第描述電場存在的電力線通過，也就是說外來電荷造成的靜電力線無法穿入導體的內部，金屬層具有隔絕外來電場的作用，這種現象稱為靜電的屏蔽效應。

鋁箔隔離影響訊號

前面提到，把手機放在金屬盒內，手機很難收到訊號；用錫箔紙或鋁箔紙包住手機，也有這種效果。讀者可以試看看，是不是真的如此？

為何會有這種現象？手機接通後，天線會產生振盪電流，使其周圍產生振盪的電場和磁場，電磁場彼此可交互感應振盪，造成電磁波。這是物理學家馬克士威的電磁波理論，也是物理學家赫茲實證過的實驗。

物理學的靜電學和電磁感應概念，說明電荷建立的電場會對帶電粒子產生靜電交互作用，當電磁波觸及天線時，形成電磁波的振盪電場對天線裡的電子作用，電子受到靜電力影響而運動，手機就接通。

金屬車身阻擋雷擊

如果將電磁波射向金屬，靜電力對金屬表面的電子作用，將有電流通過。然而，電磁波卻無法進入金屬內部，會在金屬表面發生反射，也就是金屬表面會反射電磁波。這個道理與微波爐加熱食物時，裝食物的容器千萬不要用金屬容器的概念相通。若將金屬容器放在微波爐內加熱，會因靜電作用而產生火花，容易釀成危險。

外部電荷或電磁波不會影響金屬殼層內的空間，這是屏蔽效應，也可稱為「電磁波遮蔽」。除了電磁波無法進入金屬內之外，對帶電粒子產生的電力亦無法穿透金屬殼層內部。如果知道這個物理概念，那麼雷電打在汽車表層上，在車內仍安然無恙，理由是屏蔽效應可阻擋雷電襲擊，金屬製的車身保護乘客。

日常生活中的儀表、電器或傳輸訊號的電纜常常會加上金屬外罩，這個目的是運用靜電屏蔽效應，一方面可以減少內部電場對外界的影響，一方面則可以隔絕外來電場的干擾。

如果日常生活中的儀表、電器沒有金屬外殼，那麼儀表電器會受到外界電場的影響，測得數據無法反映真實，結果沒有意義。

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