电磁波谱 微波

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简介

在深入研究微波之前，我们必须学习一些关于电磁波谱的基本概念。您可能知道，光在某些情况下表现得像波。不仅如此，它还是一种电磁波，这意味着它同时携带电分量和磁分量。

自然地，如果光是波，那么它一定具有定义其波状行为的特性。例如，所有光波都必须由频率和波长来定义。事实也确实如此。这就产生了所谓的电磁波谱。

一个量的谱是其值的范围。与被量化的数字值不同，谱中的值是连续的，而不是逐步变化的。在本文中，我们将讨论电磁波谱及其内部一个被称为微波区域的波段。

什么是电磁波谱？

我们刚刚定义了什么是谱。现在，让我们讨论电磁波谱，它指的是电磁波（光波）可以具有的频率范围。这个范围非常广，从低至 1 Hz 到 10²⁵ Hz。

自然地，由于范围如此之广，光波在光谱不同部分的特性差异如此之大，以至于很少能对它们进行概括。因此，科学家们将这个光谱划分成几个频率波段。属于特定波段的光波具有相似的特性。例如，所有属于可见光区域的频率都是肉眼可见的，尽管它们具有不同的颜色。

什么是微波？

微波是一种电磁辐射，其频率甚至低于红外区域。也就是说，它们的频率仍然属于超高频或极高频范围。存在不同的定义，但最常见的是，频率在 300 MHz 到 300 GHz 范围内的光波被归类为微波。无线电工程师使用稍微短一些的范围，即 1 GHz 到 300 GHz。

您需要注意的一点是，“微波”中的“微”部分并非源于它们的波长。微波的波长最长可达大约一毫米。相反，它们被称为微波，因为它们的波长比以前常用无线电波的波长更短。

微波的来源

微波是使用各种设备人工产生的。最常见的方法是使用专门的真空管，它可以发射高功率微波。在这些真空管内部，电子团簇通过电场或磁场加速，从而产生微波。

隧道二极管和场效应晶体管等半导体器件用于产生低功率微波。这些用于台式仪器。同时，也存在天然的微波源。所有黑体在特定温度下都会发射低水平的微波辐射，但这通常非常小。同样，天体也会释放低水平的微波，用于研究它们。

特性

微波不能使物质电离。与紫外线和伽马射线等相比，这使得它们特别安全。然而，由于它们是电磁波，它们携带能量和热量，并引起加热效应。过度暴露可能会很危险。

像大多数光波一样，微波很容易反射和折射。然而，并非所有物质都能吸收微波。这就是为什么微波炉总是关上门操作的原因，因为门可以防止微波逸出。

用途

微波炉

微波的波长特别适合加热含有水分的物质。因此，微波炉在厨房中得到商业用途。微波加热食物中的水分。这使得它们成为燃气烹饪和加热的安全快捷的替代品。

微波天文学

天体产生微波。这些微波通过地球上的大型天线接收，并可以进行分析以研究天体。此外，从地球发射并从遥远恒星反射的微波可用于绘制其目标。

无线电通信

全球定位系统使用微波范围内的频率。此外，您家中的 Wi-Fi 路由器也仅在微波区域运行。一些雷达应用也利用微波频率。

影响

微波具有与红外线不太相同的加热效应。然而，微波对含水量高的区域影响更为剧烈。因此，微波照射会增加眼睛白内障的几率，因为它们会使我们眼睛中的蛋白质变性。

大多数研究表明，微波照射与患癌风险之间没有直接联系。然而，有趣的是，暴露于微波会导致耳朵中出现咔嗒声或嗡嗡声，这是由于耳朵内部的热膨胀造成的。您必须暴露在相当大的剂量下才会发生这种情况。

与微波相关的危险包括烧伤的风险，这些烧伤不会立即显现出来，因为微波会影响我们体内较深处的组织。因此，微波炉的门绝不能打开操作。

结论

谱是某个量可以取的一系列连续值。例如，彩虹的颜色就是一个从紫到红的谱。由于光作为电磁波在空间传播，它一定有相关的频率。光波可以具有的频率范围称为电磁波谱。由于其范围广阔，光波的特性不能在整个光谱中进行概括。相反，它被分成不同的波段。单个波段内的频率具有相似的特性。本文讨论了频率在 300 MHz 到 300 GHz 之间的微波。

微波由黑体在特定温度下自然产生，并可以通过真空管或隧道二极管等专用二极管人工产生。真空管通过使用电场或磁场加速电子团簇来产生微波。微波的用途涵盖科学和商业应用，最常见的例子是微波炉。其他用途包括射电天文学和通过 Wi-Fi 进行无线电通信。

常见问题

问1：如果 Wi-Fi 和无线电通信使用微波，它们难道不危险吗？

答：手机和 Wi-Fi 路由器发射的辐射水平非常微不足道，因此暴露于其中不会造成任何危害。

问2：5G 通信有害是真的吗？

答：不是。这些只是误解。如前所述，这些发射塔发射的微波是无害的。但是，它们确实会增加周围的热量，因此在夏季，塔附近的区域往往会变得更热。

问3：哪些材料可以阻挡微波？

答：金属是阻挡微波的最佳方法。在金属中，银是一种极好的导体，因此，即使是 3 μm 厚的银涂层也能以显著的效率阻挡微波。

问4：微波炉的门有点透明。它们怎么能吸收微波呢？

答：微波炉的机身是由金属制成的，因此可以阻挡微波。门本身有一个玻璃面板。但在该玻璃面板后面有一个金属网，可以防止微波逸出。

问5：为什么我们不能在微波炉里放金属？

答：由于金属不含水分，因此它不能有效地利用微波提供的能量。因此，它开始变得越来越热，甚至可能产生火花，从而造成烧伤。金属放在微波炉里不仅毫无意义，而且很危险。