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在微波爐中測試手機

生活科學趣談

來看一個有趣的影片，開頭的第一個實驗相信會跌破不少人眼鏡，因為在微波爐中的手機竟然能收到訊號！

難道微波爐不屬於能屏蔽電磁波的法拉第籠嗎？

https://youtu.be/P4UdozjyLlA?t=2m45s

畢竟上則影片證實收音機與手機在鐵網中是收不到訊號的，不是嗎？再來看一則，法拉第籠就是要這樣玩才精彩

由於法拉第籠的屏蔽效應是如此根深蒂固的深植於人心，因此實驗結果才會讓這位Physics Girl感到訝異。更有趣的是在該影片《Can you call a cell phone in the microwave?》底下的網友留言中，有不少人懷疑這位Physics Girl是使用了5GHz而非2.4GHz的wifi所導致。因為2.4GHz的wifi比微波爐的2.45GHz的微波波長還長，既然波長更長，如果我們把手機放入微波爐，然後關閉爐門。微波爐所使用的電磁波都關得住了，手機應該更不會響了，是吧？因此網友們才會懷疑她是使用了波長更短的5GHz頻段來通訊。姑且先不論她是使用wifi還是3G來撥號（使用LINE之類的APP來撥號才有這個問題，否則3G的波長更長），咱們先來看一段相關的實驗影片：

其實屏蔽效應一般稱為”靜電”屏蔽效應，對電磁波而言還須考慮集膚效應與集膚深度。簡單的說，就是電磁波射向一片金屬板時，大部分能量被反射，小部分能量進入金屬，該電磁波的強度會隨進入金屬的深度成e指數衰減（轉換為金屬內部的電流），當金屬層過薄時，電磁波就會穿透金屬層繼續傳播。對於相同金屬材料而言，電磁波頻率越高，衰減越快。由於上則影片之電磁爐產生的電磁波頻率不高，因此一個鐵鍋的厚度並無法完全阻擋電磁波，以致於喇叭還會響，這也透露出：使用電磁爐時應該盡量採用厚一點的鍋子。

不過，對於微波爐使用的2.45GHz而言，金屬鐵的集膚深度還不到1微米，這遠小於圈住微波爐四周的鐵片厚度，當然也包括爐門那片網孔的鐵片厚度。看到這裡，或許有人會懷疑難道電磁波是從網孔中透射出來的嗎？答案當然不是，因為孔徑只要小於電磁波波長的1/4時，電磁波就無法穿過金屬網孔，因為網孔可視為管長為鐵網厚度的波導管。2.45GHz的微波波長約為12cm，四分之一波長就是3cm，爐門的網孔直徑卻是1mm左右，這遠小於3cm，因此微波爐中能量最高的主諧振波就透不出去了。(註：若也考慮波導管中的其他傳播模式，網孔直徑通常須小於12公分波長的1/20，也就是6mm 。承蒙謝小林先生提供的寶貴資料→ MT-095. pdf)

回來看Physics Girl的粉絲們所懷疑的5GHz wifi，這頻率比微波爐使用的頻率更高，集膚深度更淺；波長雖是2.45GHz的一半左右，但是爐門的孔徑1mm依舊遠小於這個1.5cm的wifi波長，所以這不是使用哪一個wifi頻段的問題。既然不是集膚深度與爐門網孔的問題，那麼為什麼在微波爐中的手機還能收到訊號呢？相信已有不少朋友已經猜出答案了，那就是「微波爐洩漏」的問題，也就是從爐門邊緣洩漏出來的。因為爐門的寬度遠大於3cm，因此微波若有洩漏主要就是從爐門與腔室之間的縫隙透出來，既然會洩漏，當然手機的wifi訊號就能進得去了。

結論：
Physics Girl 實驗中的第一個微波爐有微波洩漏的問題，因此這似乎是一個檢測家中微波爐是否會洩漏的簡易判別方法。不過，測試時千萬不可以按到微波爐開關^^

同場加映

評論6

  1. Steven Wang

    如果微波爐正常沒有外洩，使用3G通訊的手機訊號會被屏蔽嗎? 根據wiki的資料，3G通訊的頻率大約是在2000MHz左右，頻率低於wifi及微波爐的2.45GHz，wifi的頻率高集膚效應淺，所以無法穿越鐵片，但3G頻率較低，是否會穿越鐵片的屏蔽?

  2. Steven Wang

    如果微波爐正常沒有外洩，使用3G通訊的手機訊號會被屏蔽嗎? 根據wiki的資料，3G通訊的頻率大約是在2000MHz左右，頻率低於wifi及微波爐的2.45GHz，wifi的頻率高集膚效應淺，所以無法穿越鐵片，但3G頻率較低，是否會穿越鐵片的屏蔽?

  3. 鄭永銘

    從這篇文章PO出後，我就一直在等是否有人會提這個問題，等了足足半年才遇到知音^^
    先來看行政院消保會就市面上各品牌微波爐的洩漏檢測結果
    http://www.pabp.gov.tw/AreaBus/LibA/a0110_070725.asp
    「微波洩漏試驗部分：量測試值最高為2.4W/m2、最低為0.1 W/m2，均遠低於法定限制值50 W/m2」這代表沒有一款是沒有洩漏的。您實際做個實驗就可證明此言不假，將3G手機放進微波爐內，然後以別支手機或市話撥該手機門號，保證會響。截至目前為止，我還沒遇到3G手機放進哪一款微波爐中是訊號撥不通的（先決條件是該電信商在實驗場所是有訊號的）。不過縱使是2.4W/m2的微波洩漏值，仍是安全無虞的。
    重點來了，3G訊號到底是從何處跑進去微波爐內？當然不是鐵網，因為2000MHz的波長比2.45GHz或5GHz還長，既然wifi訊號都過不了網孔，波長更長的3G訊號就更不可能了。至於您提及的趨膚深度，10 MHz的紅銅趨膚深度是 21 μm，由於頻率越高趨膚深度越淺，因此2000MHz的鐵片趨膚深度也絕對比21 μm還淺，微波爐的鐵片厚度比這大了好幾個數量級，所以也不是鐵片厚度的問題。那麼到底是什麼呢？就是這篇文章中提及的「微波若有洩漏主要就是從爐門與腔室之間的縫隙透出來」
    您可以實際做個驗證，以鋁箔紙將爐門的縫隙貼一圈，然後再打一次電話，保證靜悄悄！

  4. 鄭永銘

    從這篇文章PO出後，我就一直在等是否有人會提這個問題，等了足足半年才遇到知音^^
    先來看行政院消保會就市面上各品牌微波爐的洩漏檢測結果
    http://www.pabp.gov.tw/AreaBus/LibA/a0110_070725.asp
    「微波洩漏試驗部分：量測試值最高為2.4W/m2、最低為0.1 W/m2，均遠低於法定限制值50 W/m2」這代表沒有一款是沒有洩漏的。您實際做個實驗就可證明此言不假，將3G手機放進微波爐內，然後以別支手機或市話撥該手機門號，保證會響。截至目前為止，我還沒遇到3G手機放進哪一款微波爐中是訊號撥不通的（先決條件是該電信商在實驗場所是有訊號的）。不過縱使是2.4W/m2的微波洩漏值，仍是安全無虞的。
    重點來了，3G訊號到底是從何處跑進去微波爐內？當然不是鐵網，因為2000MHz的波長比2.45GHz或5GHz還長，既然wifi訊號都過不了網孔，波長更長的3G訊號就更不可能了。至於您提及的趨膚深度，10 MHz的紅銅趨膚深度是 21 μm，由於頻率越高趨膚深度越淺，因此2000MHz的鐵片趨膚深度也絕對比21 μm還淺，微波爐的鐵片厚度比這大了好幾個數量級，所以也不是鐵片厚度的問題。那麼到底是什麼呢？就是這篇文章中提及的「微波若有洩漏主要就是從爐門與腔室之間的縫隙透出來」
    您可以實際做個驗證，以鋁箔紙將爐門的縫隙貼一圈，然後再打一次電話，保證靜悄悄！

  9. 簡承泰

    電影這樣演會不會是因為手機功率小於基地台功率呢？
    從外面撥號時，信號是經由基地台傳入微波爐內，因為基地台的功率較強，所以就算遭到微波爐阻擋了一部分，還是能將訊息傳到手機內，但相反來說，因為手機的功率較弱，所以可能無法從微波爐內將訊號傳出，或是使傳出的訊號弱到到不足以清楚辨識其內容?

  10. 簡承泰

    電影這樣演會不會是因為手機功率小於基地台功率呢？
    從外面撥號時，信號是經由基地台傳入微波爐內，因為基地台的功率較強，所以就算遭到微波爐阻擋了一部分，還是能將訊息傳到手機內，但相反來說，因為手機的功率較弱，所以可能無法從微波爐內將訊號傳出，或是使傳出的訊號弱到到不足以清楚辨識其內容?

  11. 鄭永銘

    您可以做一個測試實驗：
    1. 手機開機放入微波爐中，從外界以市話撥這隻手機時，從市話的聽筒中能聽到撥鈴聲
    2. 手機關機放入微波爐中，從外界以市話撥這隻手機時，從市話的聽筒中聽不到撥鈴聲
    這代表「當手機開機而放入微波爐中，基地台是能取得這隻手機向外輸送的Handshaking訊號」
    也就是說，如果這隻手機被植入監聽程式，那麼監聽者還是能監聽環境中傳來的聲音。
    因此，手機放進微波爐中，無法屏蔽手機傳出的訊號（系統會自動增強功率後傳出，因為收訊不好），不過「確實能達到部分的隔音效果」^^

  12. 鄭永銘

    您可以做一個測試實驗：
    1. 手機開機放入微波爐中，從外界以市話撥這隻手機時，從市話的聽筒中能聽到撥鈴聲
    2. 手機關機放入微波爐中，從外界以市話撥這隻手機時，從市話的聽筒中聽不到撥鈴聲
    這代表「當手機開機而放入微波爐中，基地台是能取得這隻手機向外輸送的Handshaking訊號」
    也就是說，如果這隻手機被植入監聽程式，那麼監聽者還是能監聽環境中傳來的聲音。
    因此，手機放進微波爐中，無法屏蔽手機傳出的訊號（系統會自動增強功率後傳出，因為收訊不好），不過「確實能達到部分的隔音效果」^^

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