壁は本当に携帯電話や WiFi の信号を遮断するのでしょうか?

携帯電話を常に持ち歩いている場合、地下室や高層ビルに入ると携帯電話の信号が大幅に弱くなることがよくあります。エレベーターに乗ると、通常、信号はまったく聞こえません。これを見て、皆さんも同じような経験を思い出したのではないでしょうか。

携帯電話の信号の伝播は、一定の周波数で変化する電磁波を利用して行われていることは、誰もが知っていると思います。携帯電話の近くでは、信号を運ぶ電磁波の振幅が大きいほど、携帯電話の信号は良好になります。信号が非常に弱い場所に来た場合、電磁波信号のごく一部しかここに届かないということになります。

人生経験から、電磁波の振幅は壁を通過すると確かに減少し、信号が減衰することが分かっています。しかし、電磁波の伝播を妨害したり、ブロックしたりして、携帯電話の信号が失われる原因は一体何なのでしょうか?この問題を解決するには、物理​​現象から始めなければなりません。

媒体内の電磁波の伝播は「表皮効果」に従います。名前の通り、電磁波が表面に集まる現象です。定義を調べてみると、導体内に交流電流または交流電磁場がある場合、導体内の電流分布は不均一になり、導体の「表皮」部分に電流が集中する、つまり導体の表面の薄い層に電流が集中することがわかります。導体の表面に近いほど電流密度は大きくなり、ワイヤ内の電流は実際には小さくなります。その結果、導体の抵抗が増加し、電力損失も増加します。この現象は表皮効果と呼ばれます。では、この効果は携帯電話の信号の伝播とどのような関係があるのでしょうか?

信号を運ぶ電磁波が何らかの媒体を通過する際、表皮効果によって制限され、電磁波の一部が媒体の表面に残り、媒体を完全に通過できなくなることが判明しています。媒体の導電性が優れているほど、電磁波を遮断する効果が顕著になります。

ここで、壁があり、電磁波がそれを通過しようとしていると仮定しましょう。壁が完全に絶縁されている場合、電磁波の目には壁がまったく存在しないため、損失なく通過できます。しかし、その壁が導電性である場合、例えば金属である場合、電磁波の目から見ると、それは通り抜けることがほとんど不可能な、乗り越えられないほど高い壁となります。このため、薄いアルミホイルの層によって携帯電話の信号が失われる可能性があり、特に c では信号が悪くなります (エレベーターは金属の箱に相当します)。

この時点で、導電性の強い材料（金属や電気を伝導できるさまざまな物質）が電磁波の伝播に重大な影響を与えることがわかっています。ここで、建物の壁は非導電性ではないのかと疑問に思う人がいるかもしれません。では、なぜ電磁波の伝播を妨げ、携帯電話の信号を減衰させるのでしょうか?

前述のように、これが「純粋な」壁であれば、電磁波はほとんど損失なく通過します。しかし、壁の耐荷重性を高めるために、建設業界では鉄筋コンクリート構造が広く使用されていることは知られています。つまり、壁の内部にはセメントなどの絶縁材だけでなく、導電性の鉄筋や、もちろんさまざまな電線も埋め込まれているのです。これにより、壁は電磁波に対して一定の遮断効果を持つようになります。したがって、地下空間にいる場合、信号はさまざまな程度に弱まり、最終的には完全に消えてしまいます。

表皮効果が信号を妨げる例は、さまざまな分野で広く見られます。海水は電気をよく通すということは知られています。軍事においては、水中の潜水艦に「上」「下」「前進」「停止」などの簡単な信号を送信するには、大型のアンテナアレイを使用して高強度の電磁波信号を放射する必要があります。しかし、それでも通信が可能なのは水深30メートル程度までです。この距離を超えると、コミュニケーションは極めて困難になります。

しかし、すべての物事には二面性がある。表皮効果は確かに多くの不便をもたらしますが、有益な用途もあります。たとえば、表皮効果を使用して、静電シールド領域（ファラデーケージに類似）を作成し、正確な実験測定を行うことができます。

この時点で、信号がスムーズに伝送されるように、この影響を排除または回避する方法はないのかと誰かがきっと尋ねるでしょう。これは電磁波の基本的な特性であるため、排除するのは確かに困難ですが、この影響の発生を回避する方法はたくさんあります。たとえば、多くのエレベーターにはエレベーター内に信号を送るための小型信号中継器が装備されています。同様に、多くの地下鉄駅では線路沿いに信号中継器を設置しており、地下10メートル以上でも携帯電話を支障なく使用できます。

物理学によれば、人生のさまざまな現象の背後には物理的な原理があると言われています。物理学者は、さまざまな現象を通じて、シンプルでありながら深遠な物理法則を要約してきました。

今日頭条の青雲計画と百家曼の百+計画の受賞者、2019年百度デジタル著者オブザイヤー、百家曼テクノロジー分野最人気著者、2019年捜狗テクノロジー文化著者、2021年百家曼季刊影響力のあるクリエイターとして、2013年捜狐最優秀業界メディア人、2015年中国ニューメディア起業家コンテスト北京3位、2015年光芒体験賞、2015年中国ニューメディア起業家コンテスト決勝3位、2018年百度ダイナミック年間有力セレブなど、多数の賞を受賞しています。