电磁波的横波性质

---

简介

我们通过光看到美丽的自然，光是一种电磁波。我们通过声波听到美妙的旋律。波在日常生活中有着无数的应用，从蜂窝通信到激光手术。如果我们在水面的稳定表面上扔一块石头，我们会看到石头击中水面的地方水面上的反射。在当今现代科技世界，手机在我们日常生活中的影响力非常高。它是一种快速有效地将信息从一个点发送到另一个点的有效手段。

电磁波

电磁波与机械波不同，它们在真空中传播的速度等于光速。这些波是由加速的带电粒子产生的。这些波不是机械波，因为它们可以在没有任何介质的帮助下传播。这些波的速度等于真空中光速。电场和磁场不会偏离电磁波。电磁波可以产生干涉效应和衍射。并且它们会发生偏振。这些是电磁波的特性。

Explore our latest online courses and learn new skills at your own pace. Enroll and become a certified expert to boost your career.

电磁波谱

根据波长或频率依次排列的电磁波集合称为电磁波谱。无线电波、紫外线、微波、X 射线、红外线和伽马射线是电磁波的类型。

无线电波

电路上产生的振荡器产生无线电波。它的波长从 0.1 米到 1000 米。这种波会发生反射和衍射。

微波

电路上产生的电磁波产生微波。它的波长范围为 0.001 米到 0.3 米，频率范围为 $\mathrm{3\times 10^{11}Hz\:to\:1\times 10^{9}Hz}$。这种波会发生反射和偏振。

红外线

热源（也称为热波）产生红外辐射。当分子发生旋转运动或振动时会产生红外辐射。它的波长范围为 $\mathrm{8\times 10^{-7}m\:to\:5\times 10^{-3}m}$，频率范围为 $\mathrm{4\times 10^{14}Hz\:to\:6\times 10^{10}Hz}$。

可见光

可见光来自气相中的物质。气体中激发的原子也会发出可见光。它的波长范围为 $\mathrm{4\times 10^{-7}m\:to\:7\times 10^{-7}m}$。频率范围为 $\mathrm{7\times 10^{14}Hz\:to\:4\times 10^{14}Hz}$。它会发生折射、衍射和偏振。

为什么电磁波本质上是横波？

电磁波是横波。因为三个矢量，即振荡电场矢量、传播矢量（给出波传播方向的矢量）和振荡磁场矢量彼此垂直。如果电场和磁场分别位于 Y 和 Z 方向，则电磁波沿 X 方向传播。电磁波不会被电场和磁场反射。

证明电磁波本质上是横波

麦克斯韦的预测在 1888 年由科学天才海因里希·鲁道夫·赫兹通过实验证明。实验装置如图所示。该装置由如图所示排列的小金属球组成。它们连接到较大的球体。电极的另一端连接到匝数很多的感应线圈。该系统产生电动势 (emf)。由于线圈电压非常高，导体之间的空气电离并产生火花（放电火花）以及导体之间的间隙（导体没有完全闭合，在环上可以看到小的间隙）。能量以波的形式从终端传输到终端（环形终端）。这种波是电磁波。如果接收器垂直旋转，则接收器不会接收到任何火花。这证实了根据麦克斯韦的预测，电磁波是横波。

海因里希·赫兹在 1887 年使用的实验电路

DMGualtieri，赫兹发射机接收机，CC BY-SA 3.0

电磁波的应用

• 无线电波用于信号传输和通信系统。无线电波还用于在超高频频段工作的手机中的语音通信。

• 微波用于雷达设备引导飞机并确定其速度。用于微波烹饪。它还用于通过卫星进行长距离无线通信。

• 红外线以太阳能电池的形式为卫星提供能量。它们利用红外线去除水果中的水分并生产干果。它们用作温室中的隔热材料。

• 红外线用于热疗治疗肌肉疼痛和扭伤。它用于电视机中使用的遥控传感器。红外线用于在昏暗的雾中观察迎面而来的车辆、夜视和红外摄影。

• 可见光谱用于摄影。可见光用于检查分子结构、确定原子外层电子的排列并为眼睛提供光感。

• 紫外线可用于杀死细菌、去除手术器械上的病原体、在防盗报警器中检测指纹、检测隐藏的字母并了解分子结构。

• X 射线比紫外线具有更强的穿透力，并且 X 射线更多地用于研究原子内部壳层的结构以及研究晶体结构。

• X 射线还用于诊断骨折、检测骨骼和肾结石的形成以及检测修复骨骼的生长情况。

• 伽马射线用于确定原子核的结构。伽马辐射用于治疗癌症。伽马辐射广泛应用于临床实践。

结论

电磁波是由加速的带电粒子产生的。这些波不是机械波，因为它们可以在没有任何介质的帮助下传播。根据波长或频率依次排列的电磁波集合称为电磁波谱。无线电波、紫外线、微波、X 射线、红外线和伽马射线是电磁波的类型。微波用于雷达设备引导飞机并确定其速度。红外线以太阳能电池的形式为卫星提供能量。

常见问题

Q1. 磁力线的特性

答：磁力线是穿过磁体内部的连续曲线。磁力线从磁体的北极开始，到南极结束。这些线永远不会交叉。它们在两极比在磁体中心更强。

Q2. 以实例说明线状发射光谱

答：当高温气体通过棱镜时，会得到线状发射光谱。线状光谱也可以称为连续光谱。每条线代表元素的独特特性，即不同的元素有不同的线。

Q3. 如何获得连续吸收光谱？

答：通过让光穿过介质，然后让该光穿过棱镜，光会发生衍射。由此，可以获得连续吸收。例如，如果你让白光穿过蓝色玻璃，玻璃会吸收除蓝色以外的所有颜色。

Q4. 解释当白光通过稀释的血液或植物绿色时获得的光谱？

答：在白光通过碘气体粒子后获得的光谱在明亮的连续白色背景上显示出暗带。这些黑带是带状吸收光谱。同样，当白光通过稀释的血液或植物汁液或某些矿物质或有机溶液时，可以获得带状吸收光谱。

Q5. 电磁场如何在医学领域使用？

答：目前，电磁场在先进的医疗设备中发挥着重要作用，例如用于癌症的热疗和磁共振成像。其他基于电磁技术的设备写入和扫描有关人体的信息。扫描仪、X 射线设备和许多其他医疗设备都利用电磁原理进行操作。