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电磁波性质

2022/07/16243 作者:佚名
导读:电流频率低时,主要借由有形的导电体才能发射电磁波并传递。原因是在低频的电振荡中,磁电之间的相互变化比较缓慢,其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去;电流频率高时即可以电磁波的形式在自由空间内传递,也可以束缚在有形的导电体内传递。在自由空间内传递的原因是在高频率的电振荡中,磁电互变甚快,能量不可能全部返回原振荡电路,于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去,不需要介质也

电流频率低时,主要借由有形的导电体才能发射电磁波并传递。原因是在低频的电振荡中,磁电之间的相互变化比较缓慢,其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去;电流频率高时即可以电磁波的形式在自由空间内传递,也可以束缚在有形的导电体内传递。在自由空间内传递的原因是在高频率的电振荡中,磁电互变甚快,能量不可能全部返回原振荡电路,于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去,不需要介质也能向外传递能量,这就是一种辐射。举例来说,太阳与地球之间的距离非常遥远,但在户外时,我们仍然能感受到和煦阳光的光与热,这就好比是“电磁辐射借由辐射现象传递能量”的原理一样。

电磁波可以被金属物质阻挡并反射。金属板可以阻挡并反射频率低于X射线以下的电磁波,频率大于等于X射线时,电磁波能量较高,会直接穿透过去。金属网也可以阻挡并反射电磁波,但只能针对波长较长的电磁波。对于波长较长的电磁波,当金属网孔径小于波长的1/4时(d<λ/4),就可以起到阻挡电磁波的效果,比如金属网可以屏蔽微波炉的辐射,电梯的金属板可以屏蔽移动信号等。对于波长较短但频率不大于紫外线的电磁波(这里的波长较短指的是波长尺度远远小于物体孔隙尺度,一般在微米级别或微米级别以下),比如红外线、可见光和紫外线,此时电磁波能通过网孔(网孔的尺度较波长大),但是仍然会被金属板所阻挡并反射,这就解释了为什么所有金属物质都能强烈地反射可见光,这也是金属物质带有光泽的根本原因,比如光可以通过铁丝网,但不能通过铁板,此外铁板具有优良的反光能力。对于波长更短的电磁波,则无法被金属板所阻挡,如X射线和伽马射线,这是由于其频率(能量)过高,粒子性显著,导致其穿透力极强,所以可以无视金属物质,直接穿透过去。

电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变,其强度与距离的平方成反比,波本身带动能量,任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。其速度等于光速c(299792458m/s≈3×108m/s)。在空间传播的电磁波,距离最近的电场(磁场)强度方向相同,其量值最大两点之间的距离,就是电磁波的波长λ,电磁每秒钟变动的次数便是频率f。三者之间的关系可通过公式c=λf。

电磁波的传播不需要介质,同频率的电磁波,在不同介质中的速度不同。不同频率的电磁波,在同一种介质中传播时,频率越大折射率越大,速度越小。且电磁波只有在同种均匀介质中才能沿直线传播,若同一种介质是不均匀的,电磁波在其中的折射率是不一样的,在这样的介质中是沿曲线传播的。通过不同介质时,会发生折射、反射、衍射、散射及吸收等等。电磁波的传播有沿地面传播的地面波,还有从空中传播的空中波以及天波。波长越长其衰减也越少,电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。机械波、电磁波与引力波都能发生折射、反射、衍射、干涉,因为所有的波都具有波动性。衍射、折射、反射、干涉都属于波动性。

电磁波的电场(或磁场)随时间变化,具有周期性。在一个振荡周期中传播的距离叫波长。振荡周期的倒数,即每秒钟振动(变化)的次数称频率。

波长与频率的乘积就是每秒钟传播的距离,即波速。令波长为λ,频率为f,速度为V,得:λ=V/f波长入的单位是米(m),速度的单位是米/秒(m/sec),频率的单位为赫兹(Hertz,Hz)。整个电磁频谱,包含从极低频无线电波到极高频伽马宇宙射线的各种波、光、和射线的集合。不同频率段落分别命名为极长波电磁波(3KHz以下的无线电波)、无线电波(3KHz—300GHz)、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线(伽马射线)和宇宙射线(超高能伽马射线)。

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