輻射儀的產生和性質以及能量轉換
更新時間:2012-11-29 點擊次數:2176
學的角度來說,電磁波是能量的一種,凡是高于零度的物體,都會釋出電磁波。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”。
產生: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。
性質:電磁波頻率低時,主要借由有形的導電體才能傳遞。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“電磁輻射借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。
其速度等于光速c(每秒3×10八次方米)。在空間傳播的電磁波,距離近的電場(磁場)強度方向相同,其量值大兩點之間的距離,就是電磁波的波長λ,電磁每秒鐘變動的次數便是頻率f。三者之間的關系可通過公式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、繞射、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粒兩象性.折射、反射屬于粒子性;衍射、干涉為波動性。
能量:電磁波的能量大小由坡印廷矢量決定,即S=E×H,其中s為坡印庭矢量,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系;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。
電磁波的計算
c=λf
c:光速(這是一個常量,約等于3×10^8m/s)單位:m/s
f:頻率(單位:Hz,1MHz=1000kHz=1×10^6Hz)
λ:波長(單位:m)
電磁波的發現
1864年,英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。1887年德物理學家赫茲用實驗證實了電磁波的存在。之后,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*相同,只是波長和頻率有很大的差別。