给法拉第笼钻孔，它会失效吗

文章来源：万象经验

作者：Eugene Wang

1755年，本杰明·富兰克林对电的工作原理感到好奇，他开始进行各种实验。在其中一个实验中，富兰克林拿了一个通电的银罐子，然后将一个不带电的小球（连接在一根不导电的丝线上）挂在罐子里，小球没有受到吸引。下一步，富兰克林将小球从银罐内取出，并让它靠近银罐的外部，小球立即被吸引到罐子的外表面。同一个带电的东西怎么能从它的外部吸引一个小球，但却不能从它的内部吸引呢？富兰克林从未找到答案。

快进大约八十年，这个谜题越来越清晰。1836年，英国科学家迈克尔·法拉第做出了一个预测，充电时电导体（比如富兰克林的罐子）只会在其外部显示出电荷。为了进一步验证这一预测，法拉第进行了一项类似于富兰克林的实验。法拉第在房间的外部铺上金属箔，并用静电发生器对其进行充电。然后，他在衬有箔的房间中间使用了验电器——一种检测电荷的装置。正如他所预料的那样，验电器在房间内没有检测到电荷。

事实上，这个原理非常简单，我们在高中时都有学过，这里就再简单介绍一下。在外电场的作用下，导体内部的电荷会重新分布。而导体内部的电荷分布会产生一个内部电场，抵消掉外部电场的影响。因此，导体内部的电势差为零、电场为零。

由导体形成的笼子被称为法拉第笼，理想状态下它应该是未破损的、完美的封闭结构。但在实际过程中，我们也能通过细网来达到这种状态，在实验中非常常见。这时候，我们不禁要问：网孔变大时法拉第笼的效果如何变化？事实上，这个问题与人们的生活息息相关，其中最常见的就是每个家庭厨房中的微波炉。

一般来说，微波炉会发射2.45GHz的微波辐射。在这种频率之下，食物中的极性分子（水分子）会随着电磁场方向的快速变化而变化，从而使水分子之间产生高速摩擦和碰撞，随之而来的热量用来加热食物。人体含大量的水，如果微波辐射从微波炉泄漏出来的话，那么是相当危险的。

如果我们用金属导体制成的法拉第笼把微波炉整个包住的话，那么微波就不可能泄漏出来了。但是，此时我们不能看到食物的加热状态。于是，在微波炉的门上，就用一块相对较大的玻璃替换掉金属，但这同时也产生了泄漏微波的风险。聪明的工程师就在玻璃内夹了一块网状金属，其中网孔的大小在1-2毫米之间，保证了法拉第笼的有效性。

事实上，从这些网孔还是会泄漏出去一些微波，但是我们让它的功率小到可以忽略就行了。根据公式，泄漏出去的功率与原功率之比等于网孔大小与波长之比的四次方。网孔大小按1.2毫米计算，而微波波长为120毫米，则我们可以得到比例为0.00000001，泄漏的功率真的是非常小了。

有一些人为了拍摄到微波炉加热食物的过程，会给微波炉打洞，然后从洞口进行拍摄。如果洞口过大，则可能会造成危险，不建议大家尝试。

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编辑：了之