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在空間傳播著的交變電磁場,即電磁波。為了對各種電磁波有個全面的了解,人們按照波長或頻率的順序把各種電磁波排列起來,這就是電磁波譜。

1 電磁波普 -簡介

在空間傳播著的交變電磁場,即電磁波。它在真空中的傳播速度約為每秒30萬公里。

2 電磁波普 -範圍

電磁波包括的範圍很廣。實驗證明,無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線都是電磁波。它們的區別僅在於頻率或波長有很大差別。光波的頻率比無線電波的頻率要高很多,光波的波長比無線電波的波長短很多;而X射線和γ射線的頻率則更高,波長則更短。為了對各種電磁波有個全面的了解,人們按照波長或頻率的順序把這些電磁波排列起來,這就是電磁波譜。
電磁波普γ射線-內部結構模型圖

3 電磁波普 -分類

電磁波普電磁波的譜與性質
依照波長的長短以及波源的不同,電磁波譜可大致分為:
(1)無線電波——波長從幾千米到0.3米左右,一般的電視和無線電廣播的波段就是用這種波;
(2)微波——波長從0.3米到10-3米,這些波多用在雷達或其它通訊系統;
(3)紅外線——波長從10-3米到7.8×10-7米;紅外線的熱效應特別顯著;
(4)可見光——這是人們所能感光的極狹窄的一個波段。可見光的波長範圍很窄,大約在7600 ~4000(在光譜學中常採用埃作長度單位來表示波長,1=10-8厘米)、從可見光向兩邊擴展,波長比它長的稱為紅外線,波長大約從7600直到十分之幾毫米。波長從(78~3.8)×10-6厘米。光是原子或分子內的電子運動狀態改變時所發出的電磁波。由於它是我們能夠直接感受而察覺的電磁波極少的那一部分;
(5)紫外線——波長比可見光短的稱為紫外線,它的波長從3×10-7米到6×10-10米,它有顯著的化學效應和熒光效應。這種波產生的原因和光波類似,常常在放電時發出。由於它的能量和一般化學反應所牽涉的能量大小相當,因此紫外光的化學效應最強;
電磁波普原子(含電子,質子,中子)-內部結構模型圖

紅外線和紫外線都是人類看不見的,只能利用特殊的儀器來探測。無論是可見光、紅外線或紫外線,它們都是由原子或分子等微觀客體激發的。近年來,一方面由於超短波無線電技術的發展,無線電波的範圍不斷朝波長更短的方向發展;另一方面由於紅外技術的發展,紅外線的範圍不斷朝波長更長的方向擴展。日前超短波和紅外線的分界已不存在,其範圍有一定的重疊。
(6)倫琴射線——這部分電磁波譜,波長從2×10-9米到6×10-12米。倫琴射線(X射線)是電原子的內層電子由一個能態跳至另一個能態時或電子在原子核電場內減速時所發出的;X射線,它是由原子中的內層電子發射的,其波長範圍約在102~10-2。隨著X射線技術的發展,它的波長範圍也不斷朝著兩個方向擴展。目前在長波段已與紫外線有所重疊,短波段已進入γ射線領域。放射性輻射γ射線的波長是認1左右直到無窮短的波長。
(7)γ射線——是波長從10-10~10-14米的電磁波。這種不可見的電磁波是從原子核內發出來的,放射性物質或原子核反應中常有這種輻射伴隨著發出。γ射線的穿透力很強,對生物的破壞力很大。
由於輻射強度隨頻率的減小而急劇下降,因此波長為幾百千米(105米)的低頻電磁波強度很弱,通常不為人們注意。實際中用的無線電波是從波長約幾千米(頻率為幾百千赫)開始。波長3000米~50米(頻率100千赫~6兆赫)的屬於中波段;波長50米~10米(頻率6兆赫~30兆赫)的為短波;波長10米~1厘米(頻率30兆赫~3萬兆赫)甚至達到1毫米(頻率為3×105兆赫)以下的為超短波(或微波)。有時按照波長的數量級大小也常出現米波,分米波,厘米波,毫米波等名稱。中波和短波用於無線電廣播和通信,微波用於電視和無線電定位技術(雷達)。

4 電磁波普 -發展

電磁波譜中上述各波段主要是按照得到和探測它們的方式不同來劃分的。隨著科學技術的發展,各波段都已衝破界限與其他相鄰波段重疊起來。目前在電磁波譜中除了波長極短(10-4~10-5以下)的一端外,不再留有任何未知的空白了。
不同的電磁波產生的機理和產生方式不同。無線電波是可以人工製造的,是振蕩電路中自由電子的周期性的運動產生的。紅外線、可見光、紫外線;倫琴射線、y射線分別是原子的外層電子、內層電子和原子核受激發后產生的。
電磁波普原子核-內部結構模型圖

5 電磁波普 -特徵

在電磁波譜中各種電磁波由於頻率或波長不同而表現出不同的特性,如波長較長的無線電波很容易表現出干涉、衍射等現象,但對波長越來越短的可見光、紫外線、倫琴射線、g射線要觀察到它們的干涉衍射現象就越來越困難。但是從電磁波譜中看到各種電磁波的範圍已經銜接起來,並且發生了交錯,因此它們本質上相同,服從共同的規律。

根據愛因斯坦的光量子理論,光具有波粒二象性,實際上這也是所有電磁波的特性。但對波長不同的電磁波其表現有所不同:波長較長的波動性更明顯,即更容易表現出干涉和衍射等波動性現象,而其反射和直射等粒子性現象的觀察較困難;而波長較短的其粒子性更明顯,即更容易觀察到反射、直射等粒子性現象,而干涉和衍射現象的觀察較困難。

6 電磁波普 -英文名稱

電磁波譜在英文中被稱為:Electromagnetic Spectrum

7 電磁波普 -能量

電磁波的能量。電磁波是由光子組成的,宇宙深處的星體發射的電磁波含有大量光子,光子在傳遞過程中由於分散,距離星體越遠,單位時間內單位面積上獲得的光子數越少,表現為電磁波的能量的衰減。而電磁波頻率的改變數很小。

8 電磁波普 -物理關係

電磁波譜包含電磁波所有可能的頻率和波長的範圍。特定波長(λ)的電磁波的能量(E)(在真空中)與頻率(ν)和光速(c)有關。

這些物理量的關係如下:

(波長λ)=(c)/(頻率ν) ;[c是光速 (3×108 米/秒)]

(能量E)=(h)·(頻率ν) ;[h是普朗克常數(6.626 × 10−34 焦耳·秒)]

在另一個單位中h = 4.136 μeV/GHz。可見波長與頻率成反比,波長越大,頻率越小;反之,頻率越大,波長越小,其乘積是一個常數即光速c。另外電磁波的能量與頻率成正比,係數為普朗克常數h。即頻率越高,波長越短,能量越大。
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