微波炉里接电话，有点离谱但别怕｜科到了

liukang20242天前吃瓜知乎693

孙英睿中国科学院大学2021级硕士研究生培育单位：中科院物理所

前些日子，有一位朋友问我：“传闻微波炉不会走漏辐射，那怎样手机放微波炉里还有信号？”

一会儿，我茫然了。权且不说手机毕竟会不会有信号，仅仅手机为什么会出现在微波炉里？

不过，看着他诚心提问的目光，我决议用一篇推(shuǐ)送(wén)来答复这个问题。

依照理论，微波炉的金属外壳和炉门的屏蔽网会把微波屏蔽在炉腔里边，不会走漏。这样一来，用微波做信号的手机就会“与世隔绝”。不过作为一个试验物理人，答复问题的第一步便是要把自己的手机扔进试验室的微波炉。上一个在关闭箱子里边进行的如此离谱的试验，仍是薛定谔那只既生又死的猫……我的手机约等于薛定谔的猫，嗯，我便是薛定谔没啥问题吧（手动狗头）。

我邀请了上海和北京的两个朋友对微波炉里的手机进行夺命连环call。第一次，上海朋友的电话打通了，但接通之前占线了好久；不过，翻开微波炉门之前4G网络并没有弹出微信音讯。占线毕竟是物理间隔太远仍是微波炉屏蔽效果好呢？咱们持续了试验。接着，北京朋友打来的电话没能拨通，但5G网络下收到了微信音讯……直到这儿，我仍旧把收到的信号作为试验差错， “微波炉无法屏蔽手机信号”的说法怕不是假的吧？

可是接下来的试验着实打了我的脸。上海的第2次电话以正常速度接通；北京第2次电话接通；北京第三次电话也接通，甚至朋友在微信上特别强调“接通得很快”——嗯，4G信号收到的微信……接着，4G和5G网络下也都收到了上海的微信。看起来，最开端的几回没能正常接通的电话才是试验差错，微波炉的屏蔽门的确不能屏蔽手机信号。

莫非是课本上的理论出了错？仍是说微波炉其实是咱们身边的辐射恶魔？

辐射到底是个啥

故事要从辐射开端讲起。

辐射尽管听起来吓人，但着实不是什么稀罕的东西。辐射仅仅各式各样的电磁波和粒子流的总称。核反响放出的α射线和β射线固然是一种辐射，但阳光、彩虹（和小白马）也都是辐射，豆浆、油条、茶叶蛋都是辐射源，一切的电磁波——从X射线、紫外线、可见光，到红外线、微波甚至广播台的无线电——也都是辐射。辐射能够大致分红两类：对人有害、尽量少碰的电离辐射，和相对无害、留意即可的非电离辐射。电离与非电离辐射的差异在于能否让原子电离，变成原子核（或许原子实）和自由电子。下面这幅图展现了各种电磁波（也便是电磁辐射）的电离才干，赤色竖线右侧的都对错电离辐射。

电磁波谱[1]

电离辐射带着的能量很高，能够将原子中循规蹈矩的电子电离，损坏DNA更是轻松。所幸，咱们在日常日子中并不会马马虎虎接触到它。终究，它在斗大的三角警告牌下面

在铅屏蔽门后边

被挡得结结实实，底子逃不出来。

比较于电离辐射直接碳挡杀碳氧挡杀氧的强悍身手，非电离辐射要温文得多，它只会改动分子和原子的运动能量，对人的影响首要体现在热效应上。换句话说，面临非电离辐射的时分，只需不觉得灼烫，就问题不大。

微波炉：从磁控管到屏蔽门

市面上常见的微波炉结构并不杂乱，硬件上首要包含磁控管、导波管、腔体和炉门。旧式微波炉会有一个反转扇，用来将微波均匀地散射到炉腔里。现代微波炉用更集约化的元件完成了相应的功用。炉腔里的微波一部分直接射到食物上，另一部分碰到炉壁再一次反射，最终大多数微波能量都被食物吸收，食物因而升温。

微波炉结构暗示[2]

微波炉所用的微波，其实便是一种电磁波，常见的频率是2450MHz。尽管电磁波是电场与磁场相互鼓励向前动摇，但在电磁波与物质的相互效果（加热食物）中起首要效果的仍是电场。电场的巨细（或方向）跟着时刻不断改变，假设在微波的传达途径上放一个电荷，那么它就会跟着电场的改变往复运动——跟着电磁波的频率振荡。这样，跟着电荷被钳制着不断振荡，能量就从电磁场中转移到了电荷上。

线偏振电磁波暗示[3]

在微波炉的详细运用中，微波经过迫使食物中的水分子不断振荡，将能量传给其他食物分子，然后加热整个食物。水分子尽管全体不带电，但它拐了一个角，使得正电中心和负电中心不再重合。这就形成了物理学中的电偶极子。有了它，电场就能够像拧瓶盖相同让水分子滚动起来取得更多的能量。水分子的这种特别构型，让咱们能够用微波炉方便地加热食物。让咱们说：谢谢水分子！

水分子结构图[4]

在反转扇散射的电磁波中，有适当一部分会打到微波炉门上，这时分玻璃门内的金属网夹层就会发挥效果。这些金属网的网眼直径只需几毫米，但微波的波长却足足有，比较网眼真实太大了。微波遇到这样细密的网眼，无法直接透过，甚至连衍射效应都变得很弱小。它就像卡在栅门里的修狗，面临的与其说是有洞的网，不如说是一块铁板。

图源参考文献[5]

不过，电磁波毕竟不是傻狗，即便是面临“铁板”，电磁波也拿捏住了自己的共同气质。

电磁波在与物质产生相互效果时，会在物质外表产生反射和透射——透射波的传达方向与本来的入射波不同，在光学里被称作折射。反射角θ'等于入射角θ，而折射角θ'小于θ，这是初中学习的光学常识，关于一般的电磁波也都适用。

电磁波在介质外表的反射与折射，k、k’和k’’别离表明入射波、反射波和透射波方向[6]

不同频率的电磁波，在遇到不同的介质的时分，反射与透射的能量散布也不同。有的透射率比较高，就显得“通明”；有的反射率比较高，就像镜子相同亮光。绝大多数金属，当它们遇到电场的时分，都会在外表感应出一层电荷，把电场排挤在体外——这是高中静电屏蔽的内容——面临不断改变的电磁波时，电荷的呼应不会那么及时，但也能使电磁波仅仅进入金属一点点厚度，而绝大多数的能量都在金属外表被反射。

经过一些并不杂乱（但只需到了考试前夜才干记得住）的推导，咱们能够算出来微波炉运用的2450MHz电磁波对铜板的反射率，也便是说，假设把微波炉屏蔽门当作完好的金属板，那么简直一切照耀在屏蔽门上的微波能量都被反射回了炉腔，只需大约万分之四穿过了屏蔽门的隔绝。即便是这万分之四，理论上也有一部分被屏蔽门自身吸收。真实能够来到微波炉外面临人体产生影响的能量会更少。只不过，在日常日子中咱们不太能观察到微波炉门发热，就先权且疏忽掉这些被吸收的能量。

依照上面的核算，日常家用的功率不到一千瓦的微波炉，理论上最多也就只需不到0.5瓦的辐射会走漏。一个常见的23L微波炉外表积大约——算下来，走漏的功率密度不到，仅仅国家标准规则的微波炉辐射走漏上限的1%[7]。

那么，国家标准规则的这个走漏辐射值，对人体有没有损害呢？人体对非电离辐射的接受才干首要取决于热效应。当全身都被照耀时，每千克体重能够接受四瓦的辐射；而当只需一小块皮肤暴露在非电离辐射中时，由于血液循环会带走很大一部分热量，因而这一小块安排的辐射接受才干上限是每千克体重100瓦[8]。因而，即便是10g皮肤安排，也能够接受1瓦的微波辐射，这些皮肤大约能掩盖的面积——按国标上限核算，它们只会遭到合格微波炉一共0.1瓦的辐射。所以说，微波炉理论辐射值远小于国标上限，国标又远在人体接受规模之内。即便生产厂家略微“偷工减料”，把咱们理论核算用的铁板换成了金属网，只需它们的产品还能正常出（zhuàn）厂(qián)，也仍旧不会对人体安全形成什么影响。

手机：没啥辐射的辐射源

让咱们暂时偏个题，去看一下台式电脑的背板。形形色色的插口中，三孔插头是电源线，它担任供应电能，点亮主机。其他的USB和HDMI接口则与键盘鼠标显示器衔接，来传输信号。——电流带着的，能够是能量，也能够是信息。电磁波也是相同。微波炉运用的电磁波是“一力降十会”，挟着分子把它们加快变热；手机信号则是“四两拨千斤”，依托波形的改变传递信息。

与手机相关的辐射分为两种：手机接纳的信号强度和手机发射的发射功率。咱们手机中运用的通信协议规则了不同信号强度下手机的发射功率。信号越弱，手机与基站的联络就越弱，因而手机的发射功率就会越大。信号强度反响在手机顶端菜单栏，便是咱们往常说的“信号有几格”。更精细地说，信号强度的单位是dBm，核算公式是。假设手机接纳到基站1mW的辐射，那么信号强度便是0dBm；假设收到1W辐射，信号强度便是30dBm。

手机信号强度与辐射功率对照表[9]

在城市中，移动信号的基准强度是-90dBm，也便是手机从基站接纳到辐射就算合格。即便再低一些，也能大体确保通话质量[10]。这时手机发射的辐射强度是——而这也便是手机能够发射的强度上限了，所以手机真的还挺安全的。

在能确保日常通话质量的情况下，手机的信号强度动摇规模能够很大。我的手机在不太长的时刻里就阅历了最高-61dBm、最低-125dBm的信号动摇——换算成功率，这是一百万倍的距离。假设你是一只手机，正吃着火锅唱着歌，舒舒服服地在-60dBm通着话，忽然就掉到了-100dBm甚至-110dBm，那该怎样办呢？环境不让你面子，那就自己给自己面子。拉满功率辛苦一下，聊聊微信仍是没问题的。

手机信号强度 | 图源：我自己截的

微波炉里的手机毕竟为什么能接电话？

说了这么多，咱们总算能够答复最开端的问题。关在微波炉里的手机之所以能收到信号，不是由于微波炉走漏辐射，而是由于手机“过于活络”。尽管微波炉屏蔽掉了绝大多数的辐射，只留下了万分之几的功率，但手机能够正常通话的信号规模，自身就跨过了五到六个量级。在炉门外，手机能够很顺利地通话；在炉门内，尽管信号很弱，但手机仍是敷衍得来。在日常日子中，只需咱们正常地运用合格电器，而不把脑袋塞到微波炉里叮一下或许把X光当美颜相机拍，就真的不必忧虑辐射对身体形成损害。

参考资料：

[1]怎么正确的区别电磁辐射与电离辐射，长时间的电磁辐射能否影响人正常的身体健康？

[2] 有哪些关于微波炉的科学常识？

[3] 怎么树立电磁波的传达模型？

[4] Springer Material

[5] 柴犬

[6] 郭硕鸿.电动力学（第三版）.高等教育出版社

[7] GB4706.90/2014

[8] 无线电波，危险与监管

[9] 搞清楚基站和手机的辐射到底有多大？

[10] 手机信号强度是指什么？

修改：藏痴