从汽车的天线，说说其中的物理知识

唐伯虎

　　  现在小汽车已经成为日常家庭的常规交通工具，不过，经常看到汽车顶部有个天线，有的天线是一根棍状，有的像个鲨鱼鳍，也有汽车没有天线，那这个究竟是什么，有什么作用呢，本文基于此做一些解释。
物理知识　　  首先，说下金属导体的静电感应概念，在普通的金属导体内部有可以任意移动的自由电子，这些电子默认情况下在做无规则运动，如果没有外力作用，整个导体呈电中性。当导体处于电场中时，电子受到固定方向外力会发生定向移动，导体就会出现一端带正电一端带负电的现象。我们把导体中的电荷在外电场作用下，发生重新分布的现象叫做静电感应（导体上因感应而产生的电荷叫做感应电荷）。
  其次，说说静电平衡状态，自由电子在电场中会持续做定向运动，随着自由电子的持续运动，感应电荷形成了新的电势差，如果感应电荷形成的电场跟导体所在环境电场，对导体中自由电子的力一样时，自由电子就会停止运动，即自由电子会运动到导体中的自由电子所受的力达到平衡而不再做定向运动的状态，这个状态就是静电平衡状态。
  最后，说说法拉第笼，法拉第笼是由金属或导体材料构成的一个笼子，由于笼子本身是导体构成，因此这个笼子整体可以看做一个导体。当笼子处于电场或磁场中时，笼子自身即为一个等势体，因此笼子内部就会由于笼子的静电平衡实现信号屏蔽，这也就是电梯里面没有信号的原因（电梯本身可以看做一个金属盒子）。
汽车天线介绍　　  汽车本身的材料是属于导体结构的钢材构成，不过，由于并非完全封闭（有挡风玻璃、车窗及车天窗等位置是非金属材料），因此车体内有信号但信号相对较弱，需要通过天线来增加信号，关于天线增强信号的原理不在本篇范围，之后再找机会专门介绍（简单说就是一个电磁波到电流信号的转换器）。
  常见的汽车天线有几种，如下：

• 伸缩式天线，类似以前收音机可以伸长和缩短的那种天线，用于老式汽车，现在的汽车基本不再使用这种天线。
  
  
• 鞭形天线，这种天线是不能伸缩的，现在汽车上用的比较多。外观好看，但风噪比较大。
  
  
• 鲨鱼鳍天线，这是目前比较受欢迎的一种天线形式，主要原因是漂亮，很多车主朋友会把自己的天线改装成为鲨鱼鳍。鲨鱼鳍天线最初是在宝马车研制出来并应用到车身上的，时尚的设计、动感的外观受到广大车主的喜爱，其他汽车厂商纷纷跟进。
  
  
• 玻璃天线，就是把天线嵌入到前挡风或者后挡风玻璃内部，所以一般装了玻璃天线的汽车，是看不到汽车后面这个小尾巴的。
    玻璃天线现在也是比较主流的配置了，但玻璃天线在技术上又有几种形式：玻璃内嵌细金属丝天线、印刷在玻璃表面的天线、透明导电薄膜天线等。由于玻璃天线满足了汽车力学、美学和空气动力学的要求，所以很多厂商会选择这种。有个小问题，就是如果挡风玻璃坏掉了，就只能更换原厂的汽车天线玻璃，价格会高一点。