文章目錄
電磁波產(chǎn)生的原理是變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)(即電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)),變化的磁場(chǎng)則會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)構(gòu)成了一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場(chǎng),這就是電磁場(chǎng),而變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播形成了電磁波。
電磁波頻率低時(shí),主要借由有形的導(dǎo)電體才能傳遞。原因是在低頻的電振蕩中,磁電之間的相互變化比較緩慢,其能量幾乎全部返回原電路而沒有能量輻射出去;電磁波頻率高時(shí)即可以在自由空間內(nèi)傳遞,也可以束縛在有形的導(dǎo)電體內(nèi)傳遞。
在自由空間內(nèi)傳遞的原因是在高頻率的電振蕩中,磁電互變甚快,能量不可能全部返回原振蕩電路,于是電能、磁能隨著電場(chǎng)與磁場(chǎng)的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去,不需要介質(zhì)也能向外傳遞能量,這就是一種輻射。
舉例來說,太陽(yáng)與地球之間的距離非常遙遠(yuǎn),但在戶外時(shí),仍然能感受到和煦陽(yáng)光的光與熱,這就好比是“電磁輻射借由輻射現(xiàn)象傳遞能量”的原理一樣。
電磁波頻譜的范圍極其寬廣,是一種巨大的資源和電波傳播的研究對(duì)象。主要研究幾赫(有時(shí)遠(yuǎn)小于1赫)到 3000GHz的無線電波(極長(zhǎng)波到毫米波),同時(shí)也研究3000GHz到384THz的紅外線、384THz到770THz的光波的傳播問題。
電波傳播所涉及的媒質(zhì)有地球(地下、水下和地球表面等)、地球大氣(對(duì)流層、電離層和磁層等)、日地空間以及星際空間等。這些媒質(zhì)多數(shù)是自然界存在的,但也有人工產(chǎn)生的媒質(zhì),如火箭噴焰等離子體和飛行器再入大氣層時(shí)產(chǎn)生的等離子體等。
它們也是電波傳播的研究對(duì)象。主要研究地下電波傳播、地波傳播、對(duì)流層電波傳播、電離層電波傳播和磁層電磁波等。這些媒質(zhì)的結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別,電氣特性各異。但就其在傳播過程中的作用可以分為3種類型:
①
連續(xù)的(均勻的或不均勻的)傳播媒質(zhì)。如對(duì)流層和電離層等。
②媒質(zhì)間的交界面(粗糙的或光滑的)。如海面和地面等。
③離散的散射體。如雨滴、雪、飛機(jī)、導(dǎo)彈等,它可以是單個(gè)的,也可以是成群的。
由于這些媒質(zhì)的特性多數(shù)隨時(shí)間和空間而隨機(jī)地變化,所以與它相互作用的波的幅度和相位也隨時(shí)間和空間而隨機(jī)變化。因此,媒質(zhì)和傳播波的特性需要用統(tǒng)計(jì)方法來描述。
參考資料來源:-電磁波
電磁波產(chǎn)生原理圖解從科學(xué)的角度來說,電磁波是能量的一種,凡是能夠釋出能量的物體,都會(huì)釋出電磁波。
產(chǎn)生:
電磁波是電磁場(chǎng)的一種運(yùn)動(dòng)形態(tài)。電與磁可說是一體兩面,變動(dòng)的電會(huì)產(chǎn)生磁,變動(dòng)的磁則會(huì)產(chǎn)生電。變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)構(gòu)成了一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場(chǎng),這就是電磁場(chǎng),而變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播形成了電磁波,電磁的變動(dòng)就如同微風(fēng)輕拂水面產(chǎn)生水波一般,因此被稱為電磁波,也常稱為電波。
性質(zhì):
電磁波頻率低時(shí),主要藉由有形的導(dǎo)電體才能傳遞。原因是在低頻的電振蕩中,磁電之間的相互變化比較緩慢,其能量幾乎全部反回原電路而沒有能量輻射出去;電磁波頻率高時(shí)即可以在自由空間內(nèi)傳遞,也可以束縛在有形的導(dǎo)電體內(nèi)傳遞。在自由空間內(nèi)傳遞的原因是在高頻率的電振蕩中,磁電互變甚快,能量不可能全部反回原振蕩電路,于是電能、磁能隨著電場(chǎng)與磁場(chǎng)的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去,不需要介質(zhì)也能向外傳遞能量,這就是一種輻射。舉例來說,太陽(yáng)與地球之間的距離非常遙遠(yuǎn),但在戶外時(shí),我們?nèi)匀荒芨惺艿胶蛣钻?yáng)光的光與熱,這就好比是「電磁輻射藉由輻射現(xiàn)象傳遞能量」的原理一樣。
電磁波為橫波。電磁波的磁場(chǎng)、電場(chǎng)及其行進(jìn)方向三者互相垂直。振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變,其強(qiáng)度與距離的平方成反比,波本身帶動(dòng)能量,任何位置之能量功率與振幅的平方成正比。
其速度等于光速c(每秒3×10的8次方米)。在空間傳播的電磁波,距離最近的電場(chǎng)(磁場(chǎng))強(qiáng)度方向相同,其量值最大兩點(diǎn)之間的距離,就是電磁波的波長(zhǎng)λ,電磁每秒鐘變動(dòng)的次數(shù)便是頻率f。三者之間的關(guān)系可通過公式c=λf。
通過不同介質(zhì)時(shí),會(huì)發(fā)生折射、反射、繞射、散射及吸收等等。電磁波的傳播有沿地面?zhèn)鞑サ牡孛娌?,還有從空中傳播的空中波以及天波。波長(zhǎng)越長(zhǎng)其衰減也越少,電磁波的波長(zhǎng)越長(zhǎng)也越容易繞過障礙物繼續(xù)傳播。
很多效應(yīng)都可以發(fā)射電磁波。電磁波譜你應(yīng)該知道的,就是波長(zhǎng)最長(zhǎng)的無線電長(zhǎng)波,到中波,短波,微波,然后是紅外,可見光,紫外,X光,直到波長(zhǎng)最短的伽瑪射線
下面列舉目前已知的發(fā)射電磁波的方式:
1、熱輻射。
只要是溫度高于絕對(duì)零度的物體(其實(shí)就是所有物體,迄今我們認(rèn)為不可能有物體達(dá)到絕對(duì)零度)都會(huì)輻射電磁波。但是輻射的強(qiáng)度和波長(zhǎng)分布與物體的溫度有關(guān)。例如鐵塊在室溫下發(fā)出的電磁波你根本看不到,大約是紅外線居多(所謂紅外測(cè)溫原理,就是測(cè)量此時(shí)輻射的紅外線。),當(dāng)它燒紅的時(shí)候,開始輻射紅色光,再加熱,會(huì)變藍(lán)變白,說明溫度越高,發(fā)射的主要波長(zhǎng)越短。
應(yīng)用距離:白熾燈,就是靠鎢絲加熱到一定溫度向外輻射光的?;鸢眩钤嫉恼彰鞴ぞ?,也主要是靠這一原理的。
2、電磁振蕩與天線組合
手機(jī)、電臺(tái)、衛(wèi)星電視臺(tái)等等利用電磁波進(jìn)行通訊的設(shè)備,都是靠振蕩電路和天線的組合來發(fā)射電磁波的。只要磁場(chǎng)或者電場(chǎng)發(fā)生振蕩變化,就會(huì)輻射電磁波。只是輻射的效率不同。振蕩電路就是一種可以產(chǎn)生一定頻率的振蕩電流的電路。電流振蕩會(huì)引起電流產(chǎn)生的電場(chǎng)或者磁場(chǎng)的振蕩。既然已經(jīng)產(chǎn)生了電場(chǎng)/磁場(chǎng)的振蕩了,就會(huì)發(fā)出電磁波,那干嗎要天線呢?這是因?yàn)樘炀€的形狀可以增大產(chǎn)生電磁波的效率。
應(yīng)用舉例:手機(jī)、電臺(tái)、通訊衛(wèi)星、衛(wèi)星電視臺(tái)、對(duì)講機(jī)、無繩電話等等各種使用電磁波通訊的設(shè)備
微波爐也是靠振蕩電流發(fā)射微波的,只是這個(gè)振蕩并不發(fā)生在導(dǎo)線里,而是發(fā)生在真空管里。原理是一樣的。
3、外層電子越遷輻射。
這類電磁波產(chǎn)生的原理是原子或者分子的外層電子,從高能級(jí)態(tài)向低能級(jí)態(tài)越遷的時(shí)候,輻射出電磁波。這種輻射的范圍從紅外到紫外都有可能。為了實(shí)現(xiàn)這種越遷,我們首先要把外層電子從低能級(jí)態(tài)移動(dòng)到高能級(jí)態(tài)(又被稱作原子或分子被激發(fā)到了高能級(jí))。這里我們分開討論
3.1利用氣體電離,從而使氣體分子/原子到達(dá)高能級(jí)態(tài)
這種方法,一般是在真空玻璃容器中充滿某種氣體,然后用高壓擊穿該氣體使得其電離,從而將其激發(fā)到高能級(jí)態(tài)
應(yīng)用舉例:探照燈使用的高壓汞(發(fā)光的是汞蒸汽)燈,氙氣(發(fā)光的是氙氣)燈,還有早期的電弧燈(發(fā)光的是空氣)
3.2直接利用電流激發(fā)到高能級(jí)
這種方法,是直接利用電流通過某種材料,將該材料激發(fā)到高能級(jí)的。
應(yīng)用舉例:發(fā)光二極管,液晶。
3.3利用其他光源將其激發(fā)至高能級(jí)
這種方法,是利用其他光源發(fā)出的頻率較高的光,將某材料激發(fā)到高能級(jí),然后它越遷回低能級(jí)發(fā)光的。
應(yīng)用舉例:日光燈(其內(nèi)部是低壓汞蒸汽,被電流擊穿電離發(fā)出紫外線,屬于3.1中介紹的原理。但是這些紫外線照射到熒光燈表面涂的熒光材料上,熒光材料被激發(fā)到高能級(jí),再越遷回低能級(jí),發(fā)出了可見光),夜光筆,夜光表:白天吸收陽(yáng)光,激發(fā)到高能級(jí),晚上慢慢越遷回來,發(fā)光
3.4利用化學(xué)反應(yīng)釋放的能量使材料中的分子或原子激發(fā)到高能級(jí)
舉例:螢火蟲,冷光棒(一種彎折后可以發(fā)出冷光的照明用具)。另外,剛剛說了,燃燒主要是利用原理1,但是燃燒中也會(huì)附帶有一定的這個(gè)原理。焰色反應(yīng)就是靠燃燒中激發(fā)某種材料到高能級(jí),再越遷回低能級(jí)產(chǎn)生的。
3.5激光。
其實(shí)激光的產(chǎn)生原理就是3.1-3.4,但是作為一種特殊的光源,我們單獨(dú)討論。激光的特點(diǎn)是,由于泵浦源將材料激發(fā)(這里的泵浦源,或者說激發(fā)的原理,就是3.1-3.4了),其材料一直停留在高能級(jí),當(dāng)受到激發(fā)的時(shí)候,突然全部跳到低能級(jí),從而發(fā)出強(qiáng)大的脈沖,再加上諧振腔的作用,發(fā)出高質(zhì)量的光。
舉例:氦氖激光器用了原理3.1,半導(dǎo)體激光器用了原理3.2,很多固體激光器都需要其他激光器來泵浦用了3.3,而染料激光器有些用了原理3.4。
4、原子內(nèi)層電子被激發(fā),越遷回原位發(fā)光
這種原理發(fā)出的光,叫做X光。激發(fā)方法有很多,常見的是用一束電子流去轟擊原子。
5、原子核被激發(fā)到高能級(jí),越遷回低能級(jí)
這種原理發(fā)出的光一般叫做伽瑪射線。原子核被激發(fā)的原因有很多,自然界的核聚變、裂變、衰變。人工使用粒子轟擊原子核,都會(huì)造成激發(fā),從而發(fā)出伽瑪射線。
另外,這種過程也有可能激發(fā)內(nèi)層電子,或者間接激發(fā)外層電子,從而附帶有原理3和原理4描述的現(xiàn)象發(fā)生。
6、各種微觀高能粒子反應(yīng)發(fā)光。
例如,正負(fù)電子湮滅,某種粒子壽命到了消失等過程,發(fā)出的電磁波。這種現(xiàn)象在大氣層內(nèi)比較少見,而物理學(xué)實(shí)驗(yàn)中會(huì)做到。
導(dǎo)電的金屬能對(duì)電磁波產(chǎn)生反射,吸收,和抵消等作用。從而起到減少電磁波輻射的作用。
不過當(dāng)然不是隨便什么金屬都能起到屏蔽作用的:
(1)當(dāng)干擾電磁場(chǎng)的頻率較高時(shí),利用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流,形成對(duì)外來電磁波的抵消作用,從而達(dá)到屏蔽的效果。
(2)當(dāng)干擾電磁波的頻率較低時(shí),要采用高導(dǎo)磁率的材料,從而使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部,防止擴(kuò)散到屏蔽的空間去。
(3)在某些場(chǎng)合下,如果要求對(duì)高頻和低頻電磁場(chǎng)都具有良好的屏蔽效果時(shí),往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。
同時(shí)還要要求是整個(gè)屏蔽體表面必須是導(dǎo)電連續(xù)的,本且是不能有直接穿透屏蔽體的導(dǎo)體。這樣才能起到良好的屏蔽作用。
除了金屬,只要是導(dǎo)電良好的材料都可以作為電磁屏蔽。比如:導(dǎo)電橡膠,金屬網(wǎng),有機(jī)導(dǎo)電材料等。
參考資料:
別人的
從科學(xué)的角度來說,電磁波是能量的一種,凡是能夠釋出能量的物體,都會(huì)釋出電磁波。
產(chǎn)生:
電磁波是電磁場(chǎng)的一種運(yùn)動(dòng)形態(tài)。電與磁可說是一體兩面,變動(dòng)的電會(huì)產(chǎn)生磁,變動(dòng)的磁則會(huì)產(chǎn)生電。變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)構(gòu)成了一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場(chǎng),這就是電磁場(chǎng),而變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播形成了電磁波,電磁的變動(dòng)就如同微風(fēng)輕拂水面產(chǎn)生水波一般,因此被稱為電磁波,也常稱為電波。
性質(zhì):
電磁波頻率低時(shí),主要藉由有形的導(dǎo)電體才能傳遞。原因是在低頻的電振蕩中,磁電之間的相互變化比較緩慢,其能量幾乎全部反回原電路而沒有能量輻射出去;電磁波頻率高時(shí)即可以在自由空間內(nèi)傳遞,也可以束縛在有形的導(dǎo)電體內(nèi)傳遞。在自由空間內(nèi)傳遞的原因是在高頻率的電振蕩中,磁電互變甚快,能量不可能全部反回原振蕩電路,于是電能、磁能隨著電場(chǎng)與磁場(chǎng)的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去,不需要介質(zhì)也能向外傳遞能量,這就是一種輻射。舉例來說,太陽(yáng)與地球之間的距離非常遙遠(yuǎn),但在戶外時(shí),我們?nèi)匀荒芨惺艿胶蛣钻?yáng)光的光與熱,這就好比是「電磁輻射藉由輻射現(xiàn)象傳遞能量」的原理一樣。
電磁波為橫波。電磁波的磁場(chǎng)、電場(chǎng)及其行進(jìn)方向三者互相垂直。振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變,其強(qiáng)度與距離的平方成反比,波本身帶動(dòng)能量,任何位置之能量功率與振幅的平方成正比。
其速度等于光速c(每秒3×10的8次方米)。在空間傳播的電磁波,距離最近的電場(chǎng)(磁場(chǎng))強(qiáng)度方向相同,其量值最大兩點(diǎn)之間的距離,就是電磁波的波長(zhǎng)λ,電磁每秒鐘變動(dòng)的次數(shù)便是頻率f。三者之間的關(guān)系可通過公式c=λf。
通過不同介質(zhì)時(shí),會(huì)發(fā)生折射、反射、繞射、散射及吸收等等。電磁波的傳播有沿地面?zhèn)鞑サ牡孛娌ǎ€有從空中傳播的空中波以及天波。波長(zhǎng)越長(zhǎng)其衰減也越少,電磁波的波長(zhǎng)越長(zhǎng)也越容易繞過障礙物繼續(xù)傳播。