降低身邊的電磁輻射
創新·發明
作者：楊再華 陳飛 龍元平
隨著科技的發展，電子產品越來越廣泛地進入我們的生活。然而，各種電器帶來的輻射對健康的可能危害，也讓人們擔憂不已。如何有效地避免這些輻射，成為大家普遍關心的話題。為此，我們嚐試自己動手製作一種能有效吸收電磁輻射的裝置。
降輻射原理
輻射是指能量以電磁波或粒子（如阿爾法粒子、貝塔粒子等）的形式向外擴散。自然界中的一切物體，隻要溫度在絕對溫度零度以上，都以電磁波和粒子的形式時刻不停地向外傳送熱量，這種傳送能量的方式被稱為輻射。生活中存在的輻射，主要有電磁輻射、太陽輻射和熱輻射等（詳見本刊2014年第11期《終結那些關於輻射的謠傳》一文）。
我們所製作的這個防輻射裝置，其原理主要是利用了電荷在金屬尖端集聚現象以及靜電平衡原理。
靜電平衡狀態下導體的電場：把一個不帶電的金屬導體ABCD放到電場強度為E0的電場中，導體內的自由電子受到庫侖力的作用，將向著與電場相反的方向定向移動。這樣，在導體的AB麵上將出現負電荷，在CD麵上將出現正電荷。
導體兩麵出現的正負電荷，會在導體內部產生與E0方向相反的電場E，這兩個電場疊加，使導體內部電場減弱。但是，隻要導體內部的電場不為0，自由電子就會繼續做定向移動，導體兩麵的正負電荷就會繼續增加，導體內部的電場就會進一步消弱，直到導體內部各點的合場強等於0為止。於是，導體內部的自由電子不再發生定向移動。
導體上電荷的分布：一個導體，不論原來是不是帶電，放入電場中以後，都會由於靜電感應而在導體的不同部位出現電荷。靜電平衡時，導體上的電荷分布有以下兩個特點：
1. 導體內部沒有電荷，電荷隻分布在導體的表麵。
2. 在導體外表麵，越尖銳的位置電荷密度（單位麵積的電荷量）越大，附近場強越強，凹陷的位置幾乎沒有電荷。
電磁輻射吸收裝置的設計
電磁波是由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平麵，有效地傳遞能量和動量。電磁波其實是在空間向前傳播的一種時變電磁場，其所攜帶的能量主要包含在電場部分。
由於電磁輻射的能量主要集中在電場部分，所以，我們的設計隻考慮吸收電場部分而忽略磁場部分。盡管電磁波中的電場是時變電場而非靜電場，但靜電平衡的原理在這裏還是可以應用的，因為導體上的感應電荷的分配時間是極短的，對於變化的電場，感應電荷完全可以調整其產生的電場以適應外界電場的變化。
根據靜電平衡原理和帶電導體上電荷集聚尖端的現象，我們將電磁輻射吸收裝置設計成球形，在球的表麵是星射狀的大頭針，針尖朝外，各大頭針之間用導線相互接通並接地。
由於感應電荷往尖端集聚，因此在每顆大頭針的針尖部分的電場強度都非常強，局部空間內，大部分電場將往針尖所在區域彙聚。根據能量守恒原理，大部分電場往針尖部分彙聚，那麼，其他區域的電場也就減弱，從而輻射能量也就降低，達到吸收的目的。