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电磁波是怎样的存在?

答:位于太阳系中的地球无时不刻都有电磁波的存在。地球是一个大磁体,其N极位于地球的地理南极,S极位于地球的地理北极。但是地球磁场的磁轴与地球南北极轴不一致,两轴的夹角约为11.4度。

世界各地区的地磁场强度分布是不均匀的,在磁极附近约为(6~7)x10⁻⁵wb/m²,在磁赤道面上约为3x10⁻⁶wb/m2。地球磁场在空间分布也是不均匀的,随着离地心距离的增大,地球磁场强度减弱。在离地面100公里以内,一股可假定地磁场强度与到地球中心距离的立方成反比。

电磁波是由交变的电场和磁场构成的,相互垂直电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波,以波动形式传播的一种电磁波。电场E↗和磁场H↗相互垂直,同时电磁波的传播方向与电场和磁场的方向也相互垂直。

电磁波具有波粒二象性所以,电磁波为一横波,简称TEM波。

电磁波在均匀介质中是沿直线传播的,而在非均匀介质中,电磁波的传播会出现折射现象。电磁波当其能阶跃迁过辐射临界点时,便以光的形式向外辐射,此时的波体为光子。太阳光就是电磁波的一种可见光辐射形态。

电磁波不依靠介质传播,并且电磁辐射量与温度有关,通常高于绝对零度的物质或粒子都有电磁辐射,温度越高辐射量越大。电磁波的传播速度在自由空间中,电磁波的传播速度等于光速,它可由下式计算

V=1/√μοξο(m/s)

其值为2.997925x10⁸m/s,约为3×10⁸m/s。

电磁波的极化在电磁波的传播过程中,电场矢量的振幅总能维持特定方向的现象称为极化,此时的电磁波称为极化波。如果电场矢量与电磁波传播方向构成一个平面,则称电磁波为平面极化波。

当发射天线水平放置时,电磁波的电场只具有水平方向的分量,如下图所示。

此时的电磁波称为具有水平极化特性的均匀平面电磁波,简称水平极化波。接收天线只能水平放置(指接收时是对称振子),才能够接收到水平极化波。

同样,当发射天线垂直地面放置时,电磁波的电场只具有垂直地面的分量,如上图所示。

此时的电磁波称为具有垂直极化特性的均匀平面电磁波,简称垂直极化波。同样,接收天线也必须垂直地面放置。

若电磁波的电场极化方向随时间变化,且以等角速度旋转时,就形成了平面圆极化波。

当电场矢量方向作顺时针旋转时,电磁波称为右旋圆极化波,如下图所示。

反之,当电场矢量方向作逆时针旋转时,电磁波称为左旋极化波。

电磁波最重要的特性是频率和波长,在人们常见的无线电广播和通讯中,电磁波的频率范围很广,从3kHz到5GHz。按照频率范围的顺序,它们有超长波、长波、中波、短波、超短波、微波(分米波、厘米波、毫米波)。

如果把这些电磁波排列起来就是一个电磁波波谱。电磁辐射由低频率到高频率,除上面的波段外还有红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。人眼可接收的电磁波为可见光,其波长在380~780nm。

知足常乐2022.7.31日于上海