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97年暑期中小學教師電力建設研習會電力實驗設計與應用報告人：陳坤焙博士國立清華大學原科中心2008.07.16/2008.07.2597年暑期中小學教師電力建設研習會認識電力-示範實驗引入理念從日常生活中了解電力選擇具啟發性與思考性的實驗項目現代科技導入，視覺化，結合生活議題低成本，複製門檻低網路教學教材建置依照不同領域的需求，設計普通物理示範實驗可以動手操作97年暑期中小學教師電力建設研習會示範實驗—電磁學實驗項目規劃火焰溫度分布--熱電耦熱電效應風扇97年暑期中小學教師電力建設研習會示範實驗—電磁學實驗項目規劃天梯：高壓放電針尖高壓放電97年暑期中小學教師電力建設研習會示範實驗—電磁學實驗項目規劃隔空取電：電漿球與線圈97年暑期中小學教師電力建設研習會示範實驗—電磁學實驗項目規劃乾電池可以吊起一個人???磁浮轉圈圈97年暑期中小學教師電力建設研習會示範實驗—電磁學實驗項目規劃電磁砲97年暑期中小學教師電力建設研習會示範實驗—電磁學實驗項目規劃渦電流與電磁煞車漂浮鋁片97年暑期中小學教師電力建設研習會電吉他與電磁感應屏蔽與收訊(手機與微波爐)示範實驗—電磁學實驗項目規劃97年暑期中小學教師電力建設研習會手機電磁波檢波器製作與天線設計認識電力-動手做手機檢波器97年暑期中小學教師電力建設研習會認識電力-動手做手機檢波器原理：台灣地區以GSM900/1800為主要之行動電話通訊系統。電磁波頻率f約900MHz或1800MHz(實際數值見手機內部標示)換算波長λ大約33cm或17cm(f‧λ=c,c:光速3x108m/s)。電磁波在長度為半波長的導電體上感應正負電荷作振盪即為偶極天線的原理，可藉此接收或發射電磁波。若將其中一極以接地或其他導體取代，則為單極天線，長度為1/4波長。雖然行動電話系統使用之展頻與調變技術並非發射固定振幅之連續波，但利用檢波方式仍可了解手機在通話期間的發射功率情形。97年暑期中小學教師電力建設研習會認識電力-動手做手機檢波器實驗步驟：(一)天線設計1.將長大約20cm單芯線做為單極天線，以塑膠螺絲將其安裝於電波偵測器上電路輸入+端。2.手機置於保利龍片上與電波偵測器相距約20cm，撥打手機＂080＂(免付費)，撥出後身體至少離開30cm以免干擾，紀錄電波偵測器顯示的最大格數。3.固定手機與電波偵測器擺設方式與位置，將鋁箔單極天線剪短3mm重新撥打080，紀錄電波偵測器顯示的最大格數。每次剪短3mm重複此步驟，最後選取一個最佳接收長度，重做一支作為電波偵測器的天線。(二)電磁波強度與距離關係1.將實驗一設計好的天線做為電波偵測器的天線，手機置於保利龍片上與電波偵測器相距約30cm，如實驗一撥打手機，紀錄電波偵測器顯示的最大格數。2.固定手機與電波偵測器擺設方式，調整電波偵測器位置，使二者距離每次縮短3cm，重新撥打080，紀錄電波偵測器顯示的最大格數。3.分析實驗結果：電磁波強度與距離的關係。97年暑期中小學教師電力建設研習會認識電力-動手做手機檢波器(三)電磁波屏蔽實驗1.將實驗一設計好的天線做為電波偵測器的天線，手機置於保利龍片上與電波偵測器相距約20cm，如實驗一撥打手機，紀錄電波偵測器顯示的最大格數。2.將網目不同的鐵絲網以橡皮筋分別組成邊長約20cm立方體，各保留一面可開啟。手機置於保利龍片上撥打後以鐵絲網罩住(六面)，手機與電波偵測器相距約20cm，分別紀錄於不同鐵絲網中電波偵測器顯示的最大格數，檢測電磁波隔離效果。3.用鋁箔紙包住一個鐵絲網六面重做上述實驗。4.將包住鋁箔紙的鐵絲網面對電波偵測器的那一面正中間剪一個大約5mm×5mm的小孔，重做實驗。將小孔每邊每次加大5mm，重做實驗，看手機電磁波需要多大的孔才會｀跑出來＇?(四)電磁波反射面1.實驗一設計好的天線做為電波偵測器的天線，手機置於保利龍片上與電波偵測器相距約20cm，如實驗一撥打手機，紀錄電波偵測器顯示的最大格數。2.以較小目的鐵絲網一片置於電波偵測器正後方，重做實驗。3.將鐵絲網每次後移2cm重做10次實驗，找出最佳反射位置。97年暑期中小學教師電力建設研習會認識電力-動手做手機檢波器問題與討論：(一)天線設計1.測試時鋁箔單極天線的方向有影響嗎?2.鋁箔單極天線的寬度有影響嗎?3.為什麼要用塑膠螺絲?4.手機為什麼要放在保利龍上?(二)電磁波強度與距離關係1.固定功率的輻射源(如燈泡)，距離與輻射功率應有何關係?2.打收機時用耳機會使頭部接受較少的電磁波嗎?(三)電磁波屏蔽實驗1.隔離電磁波需要用金屬密閉嗎?2.電磁波會從金屬孔隙｀跑出來＇，孔隙大小與波長有無關係?(四)電磁波反射面1.反射板的距離與偵測結果有何關係?原理為何?2.以兩片鐵絲網組成ㄑ字型效果如何?與組成的角度有關嗎?3.哪種面可增加最好的反射效果?97年暑期中小學教師電力建設研習會目的：認識電磁波對金屬孔隙與介質材料之穿透效應。原理：現代人類生活於大量電器產品的環境中，無線通訊的發達更使電磁波無所不在。因此有關電磁相容(ElectromagneticCompatibility,EMC)與電磁干擾(ElectromagneticInterference,EMI)逐漸成為重要問題。有關金屬孔隙之屏蔽，一般以屏蔽效應(ShieldingEffectiveness,SE:電磁波強度因物體隔離而衰減的程度)度量之。薄金屬片之屏蔽效應近似公式如下：假設以平面波入射，孔徑直徑d，孔心距s。若ds，dλ/2，sλ/2，n為孔隙數目，則認識電力-電磁波孔隙屏蔽實驗97年暑期中小學教師電力建設研習會)(log10)2(log201010dBndSE另外，平面波對於非導磁材料的穿透係數可表示為1,,,sin)/1(cos2200jnknkdnnjkdEETritεr為介電常數，d為厚度。薄金屬片EiEtEr介質材料認識電力-電磁波孔隙屏蔽實驗97年暑期中小學教師電力建設研習會部分內容為國立交通大學電子物理系謝奇文教授及中央物理系陳泰利教授的智慧財產且受著作權保護，請勿任意引用。感謝：中央物理系易台生教授及相關製作人員交大電物系周武清教授及相關製作人員謝謝各位的聆聽，請多多指教