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什么是电磁辐射?

可见光谱
可见光光谱。
(图片:©NASA)

电磁辐射是能量的一种形式,它存在于我们周围,有多种形式,如无线电波、微波澳门金莎官方游戏、x射线和伽马射线。阳光也是EM能量的一种形式,但可见光只澳门金莎官方游戏是EM光谱的一小部分,其中包含了广泛的电磁波长。

电磁理论

电和磁曾经被认为是分开的力。然而,在1873年,苏格兰物理学家詹姆斯克拉克麦克斯韦发展了电磁学的统一理论。电磁学研究的是带电粒子之间以及与磁场之间的相互作用。

主要有四种电磁相互作用:

  • 电荷之间的引力或斥力与它们之间距离的平方成反比。
  • 磁极成对出现,相互吸引和排斥,就像电荷一样。
  • 导线中的电流产生磁场,磁场的方向取决于电流的方向。
  • 移动的电场产生磁场,反之亦然。

麦克斯韦还开发了一套公式,称为麦克斯韦方程,来描述这些现象。澳门金莎官方游戏

波和字段

当一个原子粒子,如电子,被电场加速,使其移动时,就会产生电磁辐射。这种运动产生了振荡的电场和磁场,它们以一个叫做光子的光能束的直角运动。光子以宇宙中最快的速度在真空中以谐波传播:每秒186,282英里(每秒299,792,458米),也就是众所周知的光速。波有一定的特性,如频率、波长或能量。

当电场(红色箭头所示)与磁场(蓝色箭头所示)耦合时,澳门金莎官方游戏电磁波就形成了。电磁波的磁场和电场彼此垂直,且与电磁波的方向垂直。 (图片来源:美国国家海洋和大气管理局)。

波长是波的两个连续峰之间的距离。这个距离的单位是米(m)或其分数。频率是在给定时间内形成的波的数量。澳门金莎官方游戏它通常以每秒的波周数或赫兹(Hz)来测量。短波意味着频率会更高,因为一个周期可以在更短的时间内通过威斯康辛大学。同样,波长越长,频率就越低,因为每个周期需要的时间越长。

电磁频谱

电磁辐射的波长和频率范围很大。这个范围被称为电磁波谱。电磁光谱一般分为七个区域,以波长减小,能量和频率增加为序。通常的名称是:无线电波、微波、红外线(IR)、可见光、紫外线(UV)、x射线和伽马射线。通常,低能量辐射,如无线电波,用频率表示;微波、红外线、可见光和紫外光通常用波长表示;而更高能量的辐射,如x射线和伽马射线,则用每个光子的能量来表示。

电磁波谱通常分为七个区域,按波长的减少和能量和频率的增加排列:无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、x射线和伽玛射线。 (图片来源:Biro Emoke Shutterstock)

无线电波

无线电波属于EM频谱的最低范围,其频率可达300亿赫兹或30千兆赫(GHz),波长大于10毫米(0.4英寸)。无线电主要用于通信,包括声音、数据和娱乐媒体。

微波

微波在电磁频谱范围内,介于无线电和红外之间。它们的频率从3千兆赫到30万亿赫兹,或者30太赫兹(THz),波长在10毫米(0.4英寸)到100微米(cm),或者0.004英寸。微波用于高带宽通信、雷达和作为微波炉和工业应用的热源。

红外

红外线在微波和可见光之间的电磁光谱范围内。红外光谱的频率从30太赫兹到400太赫兹,波长约为100伏特米(0.004英寸)到740纳米(nm),或0.00003英寸。红外线是人眼看不见的,但如果强度足够,我们可以感觉到它是热。

可见光

可见光位于EM光谱的中间,介于IR和UV之间。它的频率在400太赫兹到800太赫兹之间,波长在740纳米到380纳米之间。000015英寸)。一般来说,可见光是指大多数人眼可见的波长。

紫外线

紫外线的电磁光谱范围在可见光和x射线之间。它的频率约为8×1014至3×1016波长约380nm(。000015英寸)到大约10nm(0.0000004英寸)。紫外线是阳光的组成部分;然而,它是肉眼看不见的。它有许多医学和工业应用,但它可以损害活组织。

x射线

x射线大致分为两类:软x射线和硬x射线。软x射线包括紫外和伽马射线之间的电磁光谱范围。软x射线的频率约为3×1016约1018波长约为10nm(4×10)−7英寸)到大约100皮米(pm),或4×10−8英寸。硬x射线在电磁光谱中所占的区域与伽马射线相同。它们之间唯一的区别是它们的来源:x射线是由加速的电子产生的,而伽马射线是由原子核产生的。

伽马射线

伽马射线的光谱范围在软x射线之上。伽马射线的频率大于1018波长小于100pm(4×10)−9英寸)。伽玛辐射会对活组织造成伤害,这使得它在小范围内被仔细测量的剂量用于杀死癌细胞。然而,不受控制的暴露对人类是极其危险的。

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