电磁波

  grxlj ·  2009-03-05 19:01  ·  23069 次点击
电磁波是什么?
Electromagnetic
定义:
从科学的角度来说,电磁波是能量的一种,凡是能够释出能量的物体,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,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”。
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,变动的电会产生磁,变动的磁则会产生电。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。
性质
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的8次方米)。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。
通过不同介质时,会发生折射、反射、绕射、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。
电磁波的计算
c=λf
c:波速(这是一个常量,c约等于3*10^8m/s)单位:m/sλ:波长单位:mf:频率单位:Hz
电磁波的发现
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。1887年德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。之后,人们又进行了许多实验,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。
电磁波谱
按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来,就是电磁波谱。如果把每个波段的频率由低至高依次排列的话,它们是工频电磁波、无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线。以无线电的波长最长,宇宙射线的波长最短。
无线电波3000米~0.3毫米。
红外线0.3毫米~0.75微米。
可见光0.7微米~0.4微米。
紫外线0.4微米~10毫微米
X射线10毫微米~0.1毫微米
γ射线0.1毫微米~0.001毫微米
高能射线小于0.001毫微米
传真(电视)用的波长是3~6米;雷达用的波长更短,3米到几毫米。
电磁辐射
广义的电磁辐射通常是指电磁波频谱而言。狭义的电磁辐射是指电器设备所产生的辐射波,通常是指红外线以下部分。
电磁辐射是传递能量的一种方式,辐射种类可分为三种:
游离辐射
有热效应的非游离辐射
无热效应的非游离辐射
基地台电磁波绝非游离辐射波
电磁辐射对人体的伤害
电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和积累效应等。
热效应:人体内70%以上是水,水分子受到电磁波辐射后相互摩擦,引起机体升温,从而影响到身体其他器官的正常工作。
非热效应:人体的器官和组织都存在微弱的电磁场,它们是稳定和有序的,一旦受到外界电磁波的干扰,处于平衡状态的微弱电磁场即遭到破坏,人体正常循环机能会遭受破坏。
累积效应:热效应和非热效应作用于人体后,对人体的伤害尚未来得及自我修复之前再次受到电磁波辐射的话,其伤害程度就会发生累积,久之会成为永久性病态或危及生命。对于长期接触电磁波辐射的群体,即使功率很小,频率很低,也会诱发想不到的病变,应引起警惕!
各国科学家经过长期研究证明:长期接受电磁辐射会造成人体免疫力下降、新陈代谢紊乱、记忆力减退、提前衰老、心率失常、视力下降、听力下降、血压异常、皮肤产生斑痘、粗糙,甚至导致各类癌症等;男女生殖能力下降、妇女易患月经紊乱、流产、畸胎等症。
随着人们生活水平的日益提高,电视、电脑、微波炉、电热毯、电冰箱等家用电器越来越普及,电磁波辐射对人体的伤害越来越严重。但由于电磁波是看不见,摸不着,感觉不到,且其伤害是缓慢、隐性的,所以尚未引起人们的广泛注意。家用电器尽量勿摆放于卧室,也不宜集中摆放或同时使用。
看电视勿持续超过3小时,并与屏幕保持3米以上的距离;关机后立即远离电视机,并开窗通风换气,以洗面奶或香皂等洗脸。
用手机通话时间不宜超过3分钟,通话次数不宜多。尽量在接通1一2秒钟之后再移至面部通话,这样可减少手机电磁波对人体的辐射危害。
具有防电磁波辐射危害的食物有:绿茶、海带、海藻、裙菜、Va、Vc、Vb1、卵磷脂、猪血、牛奶、甲鱼、蟹等动物性优质蛋白等。
电磁波的特性
与声波和水波相似,电磁波具有波的性质。可以发生折射等现象。它的速度,波长,频率之间满足关系式:
速度=波长*频率。
一个直观动态演示
www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/java/emWave/index.html
电磁波的应用
电磁波为横波,可用于探测、定位、通信等等。
电磁波谱是无线电波,微波,红外线,可见光,紫外线,伦琴射线(X射线),伽玛射线.
应用:
◆无线电波用于通信等
◆微波用于微波炉
◆红外线用于遥控、热成像仪、红外制导导弹等
◆可见光是所有生物用来观察事物的基础
◆紫外线用于医用消毒,验证假钞,测量距离,工程上的探伤等
◆X射线用于CT照相
◆伽玛射线用于治疗,使原子发生跃迁从而产生新的射线等.
◆无线电波。无线电广播与电视都是利用电磁波来进行的。在无线电广播中,人们先将声音信号转变为电信号,然后将这些信号由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播。而在另一地点,人们利用接收机接收到这些电磁波后,又将其中的电信号还原成声音信号,这就是无线广播的大致过程。而在电视中,除了要像无线广播中那样处理声音信号外,还要将图像的光信号转变为电信号,然后也将这两种信号一起由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播,而电视接收机接收到这些电磁波后又将其中的电信号还原成声音信号和光信号,从而显示出电视的画面和喇叭里的声音。
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。
很显然,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,包含从电波到宇宙射线的各种波、光、和射线的集合。不同频率段落分别命名为无线电波(3KHz—3000GHz)、红外线、可见光、紫外线、X射线、丫射线和宇宙射线。在19世纪末,意大利人马可尼和俄国人波波夫同在1895年进行了无线电通信试验。在此后的100年间,从3KHz直到3000GHz频谱被认识、开发和逐步利用。根据不同的持播特性,不同的使用业务,对整个无线电频谱进行划分,共分9段:甚低频(VLF)、低频(LF)、中频(MF),高频(HF)、甚高频(VHF)\特高频(uHF)\超高频(sHF)\极高频(EHF)和至高频,对应的波段从甚(超)长波、长波、中波、短波、米波、分米波、厘米波、毫米波和丝米波(后4种统称为微波)。见下表。无线电频谱和波段划分
段号频段名称频段范围(含上限不含下限)波段名称波长范围(含上限不含下限)
1甚低频(VLF)3~30千赫(KHz)甚长波100~10km
2低频(LF)30~300千赫(KHz)长波10~1km
3中频(MF)300~3000千赫(KHz)中波1000~100m
4高频(HF)3~30兆赫(MHz)短波100~10m
5甚高频(VHF)30~300兆赫(MHz)米波10~1m
6特高频(UHF)300~3000兆赫(MHz)分米波微波100~10cm
7超高频(SHF)3~30吉赫(GHz)厘米波10~1cm
8极高频(EHF)30~300吉赫(GHz)毫米波10~1mm
9至高频300~3000吉赫(GHz)丝米波1~0.1mm

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