什么是电磁波

科普知识：什么是电磁波？

电磁波 是由同相 且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波，是以波动的形式传播的电磁场，具有波粒二象性。由同向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。电磁波在真空中速率固定，速度为光速。

电磁波伴随的电场方向，磁场方向，传播方向三者互相垂直，因此电磁波是横波。当其能阶跃迁过辐射临界点，便以光的形式向外辐射，此阶段波体为光子，太阳光是电磁波的一种可见的辐射形态。电磁波不依靠介质传播。

电磁辐射量与温度有关，通常高于绝对零度的物质或粒子都有电磁辐射，温度越高辐射量越大，但大多不能被肉眼观察到。

通常意义上所指有电磁辐射特性的电磁波是指无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线。而X射线及γ射线通常被认为是放射性的辐射 。

理论

1864年，英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁波理论。他断定电磁波的存在，推导出电磁波与光具有同样的传播速度。

证实

1887年，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。之后，1898年，马可尼又进行了许多实验，不仅证明光是一种电磁波，而且发现了更多形式的电磁波，它们的本质完全相同，只是波长和频率有很大的差别。

产生

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。电磁波首先由詹姆斯·麦克斯韦于1865年预测出来，而后由德国物理学家海因里希·赫兹于1887年至1888年间在实验中证实存在。麦克斯韦推导出电磁波方程，一种波动方程，这清楚地显示出电场和磁场的波动本质。因为电磁波方程预测的电磁波速度与光速的测量值相等，麦克斯韦推论光波也是电磁波。

2017.8下MOTHERLAND电磁振荡与电磁波文/田宇翔摘要：电磁波是近代物理学上最伟大的发现之一，本文着重介绍了电磁振荡的特点，由于变化的电磁场的传播形成电磁波，电磁波的特点以及电磁波的应用。关键词：电磁振荡电磁波电磁场育论坛电磁振荡是指其工作的过程在电路里产生中的，线圈通过的电流、电容器极板上的核电荷数、电容器产生的电场强度、线圈的磁感应强度以及、电场能都发生周期性的变化，我们把此现象称作电磁振荡。电磁振荡会产生振荡电流，有电流的产生就会形成磁场，磁场又会反过来产生电流，以此变化。变化的磁场和电场两者形成了一个统一的能量场称为电磁场。电磁波就是由于周期性变化的电磁场传播而形成的。论文以电磁振荡的特性、电磁波的特点、电磁波的应用三方面为主要内容来进行探究。一、电磁振荡的特点电磁振荡产生大小和方向做周期性变化的振荡电流，我们把产生振荡电流的回路成为LC振荡回路。（如下图所示）。电磁振荡过程主要包括以下几方面特点：首先电磁振荡过程会出现两种现象:电容器的充放电和线圈的自感现象；同时伴随着两种能量:电场能和磁场能，电场能贮存于电容器内，由极板上电荷量多少决定。磁场能，贮存于线圈内，由电路中的电流强度决定。我们把振荡过程中的物理量分为两组，一组是电流强度、磁感强度和磁场能，它们同时增大，同时减小，同时最大，同时为零，一组是电荷量、电容器两极板间电压、电场强度、线圈的感应电动势和电场能，它们同时增大，同时减小，同时最大，同时为零。但是这两组物理量异步，即一组增大，另一组就减小，一组最大，另一组就为零。电磁正当有两种过程:充电过程和放电过程，两过程循环交叠。充电过程：电容器上的电荷量在增加，回路中电流在减小，磁场能转化为电场能；充电完毕（放电开始）：电荷量最大，电场能达到最大，回路中电流i=0，磁场能为零。充电时线圈相当于电源。放电过程：电容器上的电荷量在减少，回路中电流在增加，电场能在向磁场能转化。放电完毕（充电开始）：电荷量为零，电场能为零，回路中电流达到最大，磁场能达到最大。放电时，电容器相当于电源。二、电磁波的特点克斯韦首先根据变化的磁场产生电场第一个假想出会不会有电磁波的存在，几十年后赫兹用实验证明了这个结论。电磁波是由于电场和磁场相互激发而产生的。电磁波主要有以下三个等特点：第一特点电磁波是一种横波。横波是场的方向和波的传播方向相垂直的波，电磁波就是场及其传出的方向相垂直。电磁波同振动波一样都有几个主要的参数波长、振幅、频率。振幅与频率、波长无关。电磁波的能量与振幅的二次方成正比，能量越大，振幅越大。电磁波根据波长的长短可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X-射线和伽马射线等等。虽然各种电磁波真实存在但是只有可见光是人眼能够看到的。第二是电磁波的传播速度与光速一样均为3.0×108m/s，电磁波具有波粒二象性，电磁波的波长与光子能量成反比，电磁波波长越长，绕射能力越大，沿地面传播越远，例如我们的无限电波传送的范围就特别的广，常用于远距离通信。波长越短光子能量越大，其穿透力越强，如我们医学上用X-射线来诊断身体内部的疾病。第三是电磁波的传播不需要介质，它可以在真空中传播，这也是电磁波不同于机械波的一个方面。波长相同的电磁波，在不同的介质中传播的速度不同，如同样是可见光在固体和气体中传播的速度就不一样。在同一介质中，波长不同，传播的速度也不相同。电磁波传播速度的大小还跟介质的均匀度有关，介质均匀，传播速度越快。不同波长穿越障碍物的能力也不同，波长越长的电磁波越容易绕过障碍物继续传播。再者电磁波的速度还和频率有关，这也是电磁波与机械波不同的地方。三、电磁波的应用由于电磁波的波长范围大且电磁波的特点，电磁博得应用非常广泛。如我们经常接触到的手机、电脑等无线电波通信；波长常的电磁波传播范围广，用作长距离通信，例如无线电波通信、红外线波主要用于用于电视电器遥控等。可见光是我们唯一用肉眼可以看到的电磁波，可以观察世间万物；波长比可见光短能量较高的紫外线用于医用消毒杀菌，验证假钞，测量距离等；X射线用于医疗影像，工程上的探伤等；伽玛射线用于治疗，使原子发生跃迁从而产生新的射线等。四、结语电磁波的发现具有划时代的意义，极大的推动了科技的发展。电磁波的发现在近代物理学上具有里程碑的作用。现在电磁波已经渗入到我们生活的方方面面，包括我们肉眼看到的一切事物都是由于地球的电磁场产生的电磁波，电磁波的有效利用给我们人类提供了便捷，但是我们亦应该给予重视日趋严重电磁辐射，减少其对人体的伤害。参考文献：[1]姜宇.工程电磁场与电磁波华[M].中科技大学出版社,2015.[2]董星龙.基于多个多普勒雷达的加速度和速度估计[J].现代雷达,2011,(01).[3]崔万照,马伟,邱乐德.电磁超介质及其应用[M].国防工业出版社,2007.（作者单位：长沙市长郡中学）265

电磁波

一、选择题

1．一台收音机可接收中波、短波两个波段的无线电波．打开收音机后盖，在磁棒上能看到两组线

圈，其中一组是细线密绕匝数多的线圈，另一组是粗线疏绕匝数少的线圈，收音机中的调谐电路为LC

电路，由此可以判断（ ）．

A．匝数多的电感较大，使调谐回路的固有频率较小，故用于接收中波

B．匝数少的电感较小，使调谐回路的固有频率较小，故用于接收短波

C．匝数少的电感较小，使调谐回路的固有频率较大，故用于接收短波

D．匝数多的电感较大，使调谐回路的固有频率较大，故用于接收中波

2．电子钟是利用LC振荡电路来工作计时的，现发现电子钟每天要慢30 s，造成这一现象的原因

可能是（ ）．

A．电池用久了 B．振荡电路中电容器的电容大了

C．振荡电路中线圈的电感大了 D．振荡电路中电容器的电容小了

3．如图所示的加振荡电路，此时线圈中电流是减小的，则（ ）．

A．此时电容器两极板的电压是增大的

B．此时电流的方向由线圈的下端流向上端

C．此时线圈L中的自感电动势是减小的

D．此时电容器所带电量是减小的

4．关于电磁波的发射和接收，下列说法中正确的是（ ）．

A．为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是闭合电路

B．为了使振荡电路有效地向外辐射能量，必须是开放电路

C．当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强

D．要使电视机的屏上有图像，必须要有检波过程

5．关于电磁波的特性，下列说法正确的是（ ）．

A．红外线遥感是利用了红外线波长较长的特点

B．一切物体都在不停地辐射红外线，温度越高，辐射越强

C．验钞机检验钞票真伪体现了紫外线的荧光作用

D．X射线可深入人的骨骼，杀死病变细胞

6．如图14-8所示为调幅振荡电流图像，此电流存在于电磁波发射和接收的哪些阶段（ ）．

A．经调制后 B．经调谐后 C．经检波后 D．耳机中

7．某空间出现如图所示的一组闭合的电场线，这可能是（ ）．

创施特电子

如何划分电磁波的频段？

在国际单位制中，波速的单位是 m /s（米 /秒），波长的单位是 m （米），频率的单位是 Hz（赫兹），通常把频率在 300GHz（1GHz= 109Hz）以下或波长在 1m m 以上的波称为无线电波。主要用于广播、电视、卫星或其他通信。

在无线电波中，又根据波长的不同，分为不同波段，如甚高频段 （VHF）频率为 30 ～300M Hz，特高频段 （UHF）频率为 300～ 3 000M Hz，超高频段（SHF）频率为 3～ 30GHz。

为了划分得更细，将频率为 1～ 2GHz称为 L波段；频率为 2～ 4GHz称为 S波段；频率为 4～ 8GHz称为 C

波段；频率为 8 ～ 12GHz称为 X 波段；频率为 12 ～ 18GHz称为 Ku波段。

何谓电磁波？

电磁波是电场强度矢量 E 和磁场强度矢量 H 的振动产生交变电磁场在空间的传播。在电磁波中，每一点的电场强度矢量 E 和磁场强度矢量 H的方向总是互相垂直的，并且还与那里的电磁波的传播方向垂直。这就是说，电磁波传播的方向跟电场和磁场构成的平面垂直，如图 1-1所示。人们常用频率 f、波长λ和波速 c来描述电磁波的性质。电磁波在真空（或在空气）中的传播速度 c0 =

3×108m /s，电磁波在一个振荡周期内传播的距离叫做波长，记作λ。频率 f就是单位时间内，电场强度矢量 E （或磁场强度矢量H）进行完全振荡的次数，数值上等于周期的倒数，即 f =1/T。波长等于电磁波传播速度除以频率，或波速等于波长乘以频率，即 c= fλ。图 1-1 电场、磁场和传播方向电磁波的另一个重要性质是它具有能量。

电磁波向空间传播时，它的能量也一起向四面八方传送。因此，振荡电路产生电磁波的过程，同时也是向外辐射能量的过程。在传播的过程中，电磁波所具有的能量要逐渐衰减，不过它在绝缘介质（如空气）中衰减得很慢，因而能传播到很远的地方。这就是卫星电视信号能传播 35 800km 的原因。有线电视系统的任务是接收、处理、传输、分配高频电视信号，而高频电视信号是电磁波的一种。所以从事有线电视工作的人员有必要了解电磁波及其传输特性。