第九节 电磁波

一、电磁波介绍

电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。

科学通常将电磁波分为七种基本类型，但它们都是同一现象的不同表现形式。按照波长递减或频率递增的顺序，常见的名称有：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和伽马射线。

电磁波。它在真空中的传播速度约为每秒30万公里。

在空间传播着的交变电磁场，即光波的频率比无线电波的频率要高很多，光波的波长比无线电波的波长短很多;而X射线和γ射线的频率则更高，波长则更短。为了对各种电磁波有个全面的了解，人们按照波长或频率、波数、能量的顺序把这些电磁波排列起来，这就是电磁波谱。

电磁波是由光子组成的，宇宙深处的星体发射的电磁波含有大量光子，光子在传递过程中由于分散，距离星体越远，单位时间内单位面积上获得的光子数越少，表现为电磁波的能量的衰减。而电磁波频率的改变量很小。

分类：

无线电波：波长从3000米到10^-3米，一般的电视和无线电广播、手机等的波段就是用这种波;

微波：波长从1米到0.1厘米，这些波多用在雷达或其它通讯系统;

红外线：波长从10^-3米到7.8×10^-7米;红外线的热效应特别显著

可见光：这是人们所能感光的极狭窄的一个波段。可见光的波长范围很窄，大约在7600 ~4000埃(在光谱学中常采用埃作长度单位来表示波长，1埃=10^-10米)。从可见光向两边扩展，波长比它长的称为红外线，波长大约从7600直到十分之几毫米。光是原子或分子内的电子运动状态改变时所发出的电磁波。由于它是我们能够直接感受而察觉的电磁波极少的那一部分，波长从(7.8~3.8)×10^-7米。

紫外线：波长比可见光短的称为紫外线，它的波长从(380~10)×10^-9米，它有显著的化学效应和荧光效应。这种波产生的原因和光波类似，常常在放电时发出。由于它的能量和一般化学反应所牵涉的能量大小相当，因此紫外光的化学效应最强;

X射线伦琴射线：这部分电磁波谱，波长从(10~0.01)×10^-9米。伦琴射线(X射线)是电原子的内层电子由一个能态跳至另一个能态时或电子在原子核电场内减速时所发出的;X射线，它是由原子中的内层电子发射的。随着X射线技术的发展，它的波长范围也不断朝着两个方向扩展。在长波段已与紫外线有所重叠，短波段已进入γ射线领域。放射性辐射γ射线的波长是认1左右直到无穷短的波长;

γ射线伽马射线：是波长从10^-10~10^-14米的电磁波。这种不可见的电磁波是从原子核内发出来的，放射性物质或原子核反应中常有这种辐射伴随着发出。γ射线的穿透力很强，对生物的破坏力很大。

从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡是高于绝对零度的物体，都会释出电磁波。 正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样，除光波外，人们也看不见无处不在的电磁波。电磁波就是这样一位人类素未谋面的“朋友”。

电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面，变化的电场会产生磁场（即电流会产生磁场），变化的磁场则会产生电场。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，也常称为电波。

电磁波频率低时，主要借由有形的导电体才能传递。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；电磁波频率高时即可以在自由空间内传递，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（每秒3×10八次方）。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。

   二、疑点：有电场，也有磁场，电磁场是个什么性质的场？是一个场还是两个场？电子有电荷性也有磁性所以电波是电磁波。光子有磁性，但光子没有电荷呀，那么光波又怎么能成为电磁波呢？光波有电场和磁场的交变吗？如果没有电性也可以成为电磁波，那么为什么不把声波和水波也纳入电磁波呢？电磁波的界定依据是什么？