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电磁波是怎么产生的,电磁波的特点有哪些?

来源:电工天下   编辑:小电工发布时间:2017-08-28 14:13:43

电磁流的产生与特点

一、电磁波是怎么产生的?

1、电磁波:电磁场由发生的区域向远处传播就是电磁波。

如果空间某处产生了振荡电场,在周围空间就要产生振荡磁场,这个振荡磁场又要在较远的空间产生新的振荡电场,……这样,交替产生的振荡电场和振荡磁场并不局限于空间某个区域,而是要由发生的区域向周围空间传播开去,电磁场这样由近及远地传播,就形成电磁波。

2、振荡电路发射电磁波的过程,同时也是向外辐射能量的过程。

3、有效地向外界发射电磁波,对振荡电路的要求:

1)要有足够高的振荡频率,频率越高,发射电磁波的本领越大。

2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间。

为了有效地发射电磁波,将闭合电路变成开放电路。

发射电磁波的方式:

1、热辐射。

只要是温度高于绝对零度的物体(其实就是所有物体,迄今我们认为不可能有物体达到绝对零度)都会辐射电磁波。但是辐射的强度和波长分布与物体的温度有关。例如铁块在室温下发出的电磁波你根本看不到,大约是红外线居多(所谓红外测温原理,就是测量此时辐射的红外线。),当它烧红的时候,开始辐射红色光,再加热,会变蓝变白,说明温度越高,发射的主要波长越短。

应用距离:白炽灯,就是靠钨丝加热到一定温度向外辐射光的。火把,最原始的照明工具,也主要是靠这一原理的。

2、电磁振荡与天线组合

手机、电台、卫星电视台等等利用电磁波进行通讯的设备,都是靠振荡电路和天线的组合来发射电磁波的。只要磁场或者电场发生振荡变化,就会辐射电磁波。只是辐射的效率不同。振荡电路就是一种可以产生一定频率的振荡电流的电路。电流振荡会引起电流产生的电场或者磁场的振荡。既然已经产生了电场/磁场的振荡了,就会发出电磁波,那干吗要天线呢?这是因为天线的形状可以增大产生电磁波的效率。

应用举例:手机、电台、通讯卫星、卫星电视台、对讲机、无绳电话等等各种使用电磁波通讯的设备

微波炉也是靠振荡电流发射微波的,只是这个振荡并不发生在导线里,而是发生在真空管里。原理是一样的。

3、外层电子越迁辐射。

这类电磁波产生的原理是原子或者分子的外层电子,从高能级态向低能级态越迁的时候,辐射出电磁波。这种辐射的范围从红外到紫外都有可能。为了实现这种越迁,我们首先要把外层电子从低能级态移动到高能级态(又被称作原子或分子被激发到了高能级)。这里我们分开讨论

3.1 利用气体电离,从而使气体分子/原子到达高能级态

这种方法,一般是在真空玻璃容器中充满某种气体,然后用高压击穿该气体使得其电离,从而将其激发到高能级态

应用举例:探照灯使用的高压汞(发光的是汞蒸汽)灯,氙气(发光的是氙气)灯,还有早期的电弧灯(发光的是空气)

3.2直接利用电流激发到高能级

这种方法,是直接利用电流通过某种材料,将该材料激发到高能级的。

应用举例:发光二极管,液晶。

3.3 利用其他光源将其激发至高能级

这种方法,是利用其他光源发出的频率较高的光,将某材料激发到高能级,然后它越迁回低能级发光的。

应用举例:日光灯(其内部是低压汞蒸汽,被电流击穿电离发出紫外线,属于3.1中介绍的原理。但是这些紫外线照射到荧光灯表面涂的荧光材料上,荧光材料被激发到高能级,再越迁回低能级,发出了可见光),夜光笔,夜光表:白天吸收阳光,激发到高能级,晚上慢慢越迁回来,发光

3.4 利用化学反应释放的能量使材料中的分子或原子激发到高能级

举例:萤火虫,冷光棒(一种弯折后可以发出冷光的照明用具)。另外,刚刚说了,燃烧主要是利用原理1,但是燃烧中也会附带有一定的这个原理。焰色反应就是靠燃烧中激发某种材料到高能级,再越迁回低能级产生的。

3.5 激光。

其实激光的产生原理就是3.1-3.4,但是作为一种特殊的光源,我们单独讨论。激光的特点是,由于泵浦源将材料激发(这里的泵浦源,或者说激发的原理,就是3.1-3.4了),其材料一直停留在高能级,当受到激发的时候,突然全部跳到低能级,从而发出强大的脉冲,再加上谐振腔的作用,发出高质量的光。

举例:氦氖激光器用了原理3.1,半导体激光器用了原理3.2,很多固体激光器都需要其他激光器来泵浦用了3.3,而染料激光器有些用了原理3.4。

4、原子内层电子被激发,越迁回原位发光

这种原理发出的光,叫做X光。激发方法有很多,常见的是用一束电子流去轰击原子。

5、原子核被激发到高能级,越迁回低能级

这种原理发出的光一般叫做伽玛射线。原子核被激发的原因有很多,自然界的核聚变、裂变、衰变。人工使用粒子轰击原子核,都会造成激发,从而发出伽玛射线。

另外,这种过程也有可能激发内层电子,或者间接激发外层电子,从而附带有原理3和原理4描述的现象发生。

6、各种微观高能粒子反应发光。

例如,正负电子湮灭,某种粒子寿命到了消失等过程,发出的电磁波。这种现象在大气层内比较少见,而物理学实验中会做到。

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