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  1. 如何正確認識電磁場(波)? 相關

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      • 電磁波」是由電場與磁場交互作用所產生,屬能量的一種。 它以波的形式接近光的速度進行傳遞,自古以來就以各種面向存在於大自然。 電磁場和電磁波的差異﹕一般媒體或民眾在談到這類議題時,常以「電磁波」統稱居多,而國際間的研究組織在研究上都稱為「電磁場」。 若仔細區分的話,就可發現電磁場與電磁波的不同! 認識電磁波 「非游離輻射」係指頻率小於3×10的15次方赫的電磁波,一般俗稱電磁波者皆屬此類。 它的能量較微弱,無法打斷原子的鍵結產生游離化。
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    • 概觀
    • 基本介紹
    • 定義
    • 概述
    • 產生
    • 性質
    • 能量
    • 計算
    • 發現
    • 電磁波譜

    電磁波是由相同且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生髮射的震盪粒子波,是以波動的形式傳播的電磁場,具有波粒二象性。由同相振盪且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動,其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面。電磁波在真空中速率固定,速度為光速。見麥克斯韋方程組。

    電磁波伴隨的電場方向,磁場方向,傳播方向三者互相垂直,因此電磁波是橫波。當其能階躍遷過輻射臨界點,便以光的形式向外輻射,此階段波體為光子,太陽光是電磁波的一種可見的輻射形態,電磁波不依靠介質傳播,在真空中的傳播速度等同於光速。

    電磁輻射量與溫度有關,通常高於絕對零度的物質或粒子都有電磁輻射,溫度越高輻射量越大,但大多不能被肉眼觀察到。

    頻率是電磁波的重要特性。按照頻率的順序把這些電磁波排列起來,就是電磁波譜。電磁輻射由低頻率到高頻率主要分為:無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線。人眼可接收到的電磁波,稱為可見光(波長380~780nm)。

    •中文名:電磁波

    •外文名:Electromagnetic wave

    •別稱:電磁輻射、電子菸霧

    •表達式:S=E×H

    •提出者:詹姆斯·麥克斯韋

    •提出時間:1865年

    從科學的角度來說,電磁波是能量的一種,凡是高於絕對零度的物體,都會釋出電磁波。且溫度越高,放出的電磁波波長就越短。正像人們一直生活在空氣中而眼睛卻看不見空氣一樣,除光波外,人們也看不見無處不在的電磁波。電磁波就是這樣一位人類素未謀面的“朋友”。

    電磁場包含電場與磁場兩個方面,分別用電場強度E(或電位移D)及磁通密度B(或磁場強度H)表示其特性。按照麥克斯韋的電磁場理論,這兩部分是緊密相依的。時變的電場會引起磁場,時變的磁場也會引起電場。電磁場的場源隨時間變化時,其電場與磁場互相激勵導致電磁場的運動而形成電磁波。電磁波的傳播速度與光速相等,在自由空間中,為c=3×10的8次方m/s。電磁波的行進還伴隨著功率的輸送。

    電磁場是物質的特殊形式,它具有一般物質的主要屬性,如質量、能量、動量等。客觀上永遠存在著與觀察條件無關的統一的電磁場,把它分成電場與磁場兩部分是相對的,是與試驗條件有關的。

    球面波、柱面波與平面波 對於隨時間作正弦變化的電磁波,按照其電場強度E與磁場強度H的等相面(即波前面)為球面、柱面或平面的不同情況,電磁波又有球面波、柱面波與平面波之分。

    橫電磁波、橫電波與橫磁波 其電場與磁場都在垂直於傳播方向的平面上的電磁波,稱為橫電磁波,簡稱TEM波。在垂直於波的傳播方向平面上其含電場的電磁波稱為橫電波,簡稱TE波。在垂直於波的傳播方向的平面上只台磁場的電磁波稱為橫磁波,簡稱TM波。

    電磁波是電磁場的一種運動形態。電與磁可說是一體兩面,變化的電場會產生磁場(即電流會產生磁場),變化的磁場則會產生電場。變化的電場和變化的磁場構成了一個不可分離的統一的場,這就是電磁場,而變化的電磁場在空間的傳播形成了電磁波,電磁的變動就如同微風輕拂水面產生水波一般,因此被稱為電磁波,也常稱為電波。

    電磁波首先由詹姆斯·麥克斯韋於1865年預測出來,而後由德國物理學家海因里希·赫茲於1887年至1888年間在實驗中證實存在。麥克斯韋推導出電磁波方程,一種波動方程,這清楚地顯示出電場和磁場的波動本質。因為電磁波方程預測的電磁波速度與光速的測量值相等,麥克斯韋推論光波也是電磁波。

    電磁波頻率低時,主要藉由有形的導電體才能傳遞。原因是在低頻的電振盪中,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;電磁波頻率高時即可以在自由空間內傳遞,也可以束縛在有形的導電體內傳遞。在自由空間內傳遞的原因是在高頻率的電振盪中,磁電互變甚快,能量不可能全部返回原振盪電路,於是電能、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去,不需要介質也能向外傳遞能量,這就是一種輻射。舉例來說,太陽與地球之間的距離非常遙遠,但在戶外時,我們仍然能感受到和煦陽光的光與熱,這就好比是“電磁輻射藉由輻射現象傳遞能量”的原理一樣。

    電磁波為橫波。電磁波的磁場、電場及其行進方向三者互相垂直。振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變,其強度與距離的平方成反比,波本身帶動能量,任何位置之能量功率與振幅的平方成正比。

    其速度等於光速c(3×10^8m/s)。在空間傳播的電磁波,距離最近的電場(磁場)強度方向相同,其量值最大兩點之間的距離,就是電磁波的波長λ,電磁每秒鐘變動的次數便是頻率f。三者之間的關係可通過公式c=λf。

    電磁波的傳播不需要介質,同頻率的電磁波,在不同介質中的速度不同。不同頻率的電磁波,在同一種介質中傳播時,頻率越大折射率越大,速度越小。且電磁波只有在同種均勻介質中才能沿直線傳播,若同一種介質是不均勻的,電磁波在其中的折射率是不一樣的,在這樣的介質中是沿曲線傳播的。通過不同介質時,會發生折射、反射、衍射、散射及吸收等等。電磁波的傳播有沿地面傳播的地面波,還有從空中傳播的空中波以及天波。波長越長其衰減也越少,電磁波的波長越長也越容易繞過障礙物繼續傳播。機械波與電磁波都能發生折射、反射、衍射、干涉,因為所有的波都具有波動性。衍射、折射、反射、干涉都屬於波動性。

    電磁波的能量大小由坡印廷矢量決定,即S=E×H,其中s為坡印廷矢量,E為電場強度,H為磁場強度。E、H、S彼此垂直構成右手螺旋關係;即由S代表單位時間流過與之垂直的單位面積的電磁能,單位是W/m2。

    電磁波具有能量,電磁波是一種物質。

    公式

    c=λf c:波速(光速是一個常量,真空中約等於 m/s) 單位:m/s f:頻率(單位:Hz,1MHz=1000kHz= Hz) λ:波長(單位:m) 真空中電磁波的波速為c,它等於波長λ和頻率f的乘積 c=λf 真空中電磁波傳播的速度c—大約30萬千米每秒,是宇宙間物質運動的最快速度。c是物理學中一個十分重要的常數,目前公認的數值是: c=299792.458km/s≈3×10^8m/s

    單位

    電磁波頻率的單位也是赫茲(Hz)。但常用的單位是千赫(KHz)和兆赫(MHz)。

    理論

    1864年,英國科學家麥克斯韋在總結前人研究電磁現象的基礎上,建立了完整的電磁波理論。他斷定電磁波的存在,推導出電磁波與光具有同樣的傳播速度。

    證實

    1887年,德國物理學家赫茲用實驗證實了電磁波的存在。之後,1898年,馬可尼又進行了許多實驗,不僅證明光是一種電磁波,而且發現了更多形式的電磁波,它們的本質完全相同,只是波長和頻率有很大的差別。

    按照波長或頻率的順序把這些電磁波排列起來,就是電磁波譜。如果把每個波段的頻率由低至高依次排列的話,它們是工頻電磁波、無線電波(分為長波、中波、短波、微波)、紅外線、可見光、紫外線、X射線及γ射線。以無線電的波長最長,宇宙射線(x射線、γ射線和波長更短的射線)的波長最短。

    首先,無線電波用於通信等,微波用於微波爐,紅外線用於遙控,熱成像儀,紅外製導飛彈等,可見光是大部分生物用來觀察事物的基礎,紫外線用於醫用消毒,驗證假鈔,測量距離,工程上的探傷等,X射線用於CT照相,伽瑪射線用於治療,使原子發生躍遷從而產生新的射線等。

    分類

    無線電波3000米~0.3毫米(微波0.1~100厘米)

    紅外線0.3毫米~0.75微米(其中:近紅外為0.76~3微米,中紅外為3~6微米,遠紅外為6~15微米,超遠紅外為15~300微米)

    可見光0.7微米~0.4微米

  3. 電磁波不需要依靠 介質 進行傳播,在 真空 中其傳播速度为 光速 。 電磁波可按照 頻率 分類,從低頻率到高頻率,主要包括 無線電波 、 兆赫輻射 、 微波 、 紅外線 、 可見光 、 紫外線 、 X射線 和 伽馬射線 。 人眼可接收到的電磁波, 波長 大約在380至780 nm 之間,稱為可見光。 發現歷史. 詹姆斯·馬克士威. 在可見光波長以外的電磁輻射被發現於19世紀初期。 紅外線 輻射的發現歸因於天文學家 威廉·赫歇爾 ,他於1800年在倫敦 皇家學會 發表了他的成果。 [1] 電磁波首先由 詹姆斯·馬克士威 於1865年預測出來,而後由 德国 物理学家 海因里希·赫兹 於1887年至1888年間在实验中证实存在。

  4. 電磁波不需要依靠 介質 進行傳播,在 真空 中其傳播速度為 光速 。 電磁波可按照 頻率 分類,從低頻率到高頻率,主要包括 無線電波 、 兆赫輻射 、 微波 、 紅外線 、 可見光 、 紫外線 、 X射線 和 伽馬射線 。 人眼可接收到的電磁波, 波長 大約在380至780 nm 之間,稱為可見光。 發現歷史 [ 編輯] 詹姆斯·馬克士威. 主條目: 電磁學的發展史. 在可見光波長以外的電磁輻射被發現於19世紀初期。 紅外線 輻射的發現歸因於天文學家 威廉·赫歇爾 ,他於1800年在倫敦 皇家學會 發表了他的成果。 [1] 電磁波首先由 詹姆斯·馬克士威 於1865年預測出來,而後由 德國 物理學家 海因里希·赫茲 於1887年至1888年間在實驗中證實存在。

  5. 根據λγ=c,求出λ=c/γ。 電可以生成磁磁也能帶來電變化的電場和變化的磁場構成了一個不可分離的統一的場這就是電磁場而變化的電磁場在空間的傳播即形成了電磁波所以電磁波也常稱為電波。 1864年,英國科學家麥克斯韋在總結前人研究電磁現象取得的成果的基礎上,建立了完整的 電磁波理論 。 他斷定 電磁波 的存在,推導出電磁波與光具有同樣的傳播速度。 1887年 德國 物理學家 赫茲 用實驗證實了電磁波的存在。 之後,人們又進行了許多實驗,不僅證明光是一種電磁波,而且發現了更多形式的電磁波,它們的本質完全相同,只是波長和頻率有很大的差別。 按照波長或頻率的順序把這些電磁波排列起來,就是電磁波譜。

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