中学生用特斯拉线圈研究电场的屏蔽

王菲有一首非常好的歌叫《黑暗涌动》。里面有一句话:“即使天空更深，也看不到裂缝……”当听到歌词时，小蝌蚪君能想到特斯拉线圈产生的电弧像闪电一样撕裂天空的影像。

此图像如下图所示:

在第35届北京青年科技创新大赛上，北京郊区昌平二中的一名男生展示了一个利用特斯拉线圈研究电场屏蔽的研究项目。

这小家伙的名字叫郭。如下图所示，他的测试装置是一个铁笼子(网格大小可以改变)、一个特斯拉高压发生器、一个灵敏的检流计和几根连接线。

看着下面的照片，他把灵敏的电流计放在铁笼子里，然后用特斯拉线圈产生的高压电弧击打铁笼子。众所周知，铁笼子有一定的电场屏蔽作用(也就是说，如果一个人被锁在铁笼子里，他的手机将没有信号)。然而，因为特斯拉线圈产生的电压是几十万到几百万伏，这个电压太高了，所以在他的实验中，你可以看到铁笼子里灵敏电流计的指针在不停地晃动——这证明了电场的屏蔽效应实际上与电压本身有关，而电场的屏蔽效应并不是绝对的。

学生还研究了电场和铁笼网格大小之间的关系。他试图解描述电势的拉普拉斯势方程。小蝌蚪君告诉他，这个铁笼子的边界条件太复杂，无法找到解析解，只能进行电场的计算机数值模拟，可以考虑使用simion软件。

这个实验告诉我们，当闪电(类似于特斯拉线圈产生的电弧)发生时，闪电会击中玻璃窗的铁栅栏(类似于本实验中使用的铁笼子)并产生电流——所以在雷雨天不要靠近窗户。