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电磁波的发现与应用:从麦克斯韦预言到赫兹验证,探索电磁波谱的奥秘

2025-11-21 15:58:00信息公告0

概述OF4物理好资源网(原物理ok网)

振荡同相且电场与磁场互相垂直的,是电磁波(wave),它在空间里以波的形式传递能量和动量,其传播方向垂直于电场振荡方向,也垂直于磁场振荡方向。OF4物理好资源网(原物理ok网)

电磁学 物理学家OF4物理好资源网(原物理ok网)

可见光谱只占电磁波谱的一小部分OF4物理好资源网(原物理ok网)

依靠介质来进行传播的并非电磁波,在真空中它的传播速度是光速。电磁波能够依据频率予以分类,从低频率朝着高频率去看贝语网校,主要涵盖无线电波、兆赫辐射、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线以及伽马射线。人眼能够接收到的电磁波,其波长大概处于380至780nm中间,被称作可见光。OF4物理好资源网(原物理ok网)

历史背景OF4物理好资源网(原物理ok网)

被发现于19世纪初期的电磁辐射是在可见光波长以外的,红外线辐射的发现归功于天文学家威廉·赫歇尔,他于1800年在伦敦皇家学会发表了其成果,。OF4物理好资源网(原物理ok网)

电磁学 物理学家OF4物理好资源网(原物理ok网)

詹姆斯·麦克斯韦OF4物理好资源网(原物理ok网)

麦克斯韦于1865年首先预测出电磁波,德国物理学家海因里希·赫兹在1887年至1888年间通过实验证实其存在,麦克斯韦推导出电磁波方程,这是一种波动方程,它清晰地表明电场和磁场的波动本质,由于电磁波方程预测的电磁波速度与光速测量值相等,所以麦克斯韦推断光波也是电磁波。海因里希·赫兹在1887年化有意识地首次产生无线电波,运用电路计算出在频率比可见光低得多的情况下产生振荡,紧接着产生了由麦克斯韦方程所提议的振荡电荷以及电流。赫兹还开拓了检测这些电波的办法,并且实现了产生以及特征化最终被称作无线电波与微波的这些电波。OF4物理好资源网(原物理ok网)

威廉·伦琴发现了X射线,还为其命名。1895年11月8日,他进行了应用于真空管上的高电压试验,之后,他注意到了附近镀膜玻璃板出现的荧光。一个月内,威廉·伦琴发现了X射线的主要性质。OF4物理好资源网(原物理ok网)

基本概念OF4物理好资源网(原物理ok网)

电动力学专门针对电磁波的物理行为展开研究,它属于电磁学的分支内容。在电动力学范畴内,依据麦克斯韦方程组,随时间发生变化的电场产了磁场,反过来也是如此。所以,一个处于振荡状态的电场将产生振荡磁场,而一个处于振荡状态的磁场又会产生振荡电场,像这样,这些持续不断且同相振荡的电场与磁场共同构成了电磁波。OF4物理好资源网(原物理ok网)

电磁学 物理学家OF4物理好资源网(原物理ok网)

有三种不一样的电磁波波模,也就是蓝、绿及红这三种,其x - 轴的长度尺度是以微米作为衡量标准的。OF4物理好资源网(原物理ok网)

由于电场、磁场皆为矢量场,所有的电场矢量以及磁场矢量都适宜进行矢量加运算,所以电场、磁场均遵循叠加原理。比如说,有一个行进的电磁波,它入射到一个介质上,就会致使介质内的电子产生振荡,所以它们自身也会发射电磁波,进而引发折射或者衍射等现象 。OF4物理好资源网(原物理ok网)

在并非呈现线性特征的介质里头,像是某些晶体这种情况,电磁波会和电场或者磁场之间产生相互作用的状况,这其中涵盖了法拉第效应、克尔效应等诸如此类的情况。OF4物理好资源网(原物理ok网)

当电磁波从一种介质入射到另一种介质时,倘若两种介质的折射率不一样,那么就会产生折射现象,电磁波的方向以及速度将会改变。斯涅尔定律特意描述折射的物理行为。OF4物理好资源网(原物理ok网)

想象一种情景,存在这样一种光波,它由许许多多不同频率的的电磁波组合而成,这种光波从空气朝着棱镜入射。由于棱镜内材料的折射率同电磁波的频率存在关联,进而会引发一种现象,即色散现象出现:光波会分离成一组能够被观察到的电磁波谱。OF4物理好资源网(原物理ok网)

电磁学 物理学家OF4物理好资源网(原物理ok网)

光穿过三棱镜呀,进而因色散致使不同颜色被折射到不一样的角度呢,最终使得白光形成可见光谱哟。这是波动理论啦。OF4物理好资源网(原物理ok网)

波由诸多前后依次出现的波峰与波谷构成,两个相邻的波峰或者波谷之间的距离被称作波长,电磁波的波长存在许多不同的尺寸,从极为长的无线电波(其长度如同一个足球场那般)到极为短的伽马射线(其长度比原子半径还要短) 。OF4物理好资源网(原物理ok网)

电磁学 物理学家OF4物理好资源网(原物理ok网)

电磁学 物理学家OF4物理好资源网(原物理ok网)

横波是电磁波,电场方向跟磁场方向彼此垂直,且都跟传播方向垂直 。OF4物理好资源网(原物理ok网)

光波的一个尤为关键的物理参数被称作频率,一个波的频率指的是其振荡率,国际单位制里的单位是赫兹,每秒钟出现一次振荡的频率为一赫兹,且频率与波长呈现出反比关系:OF4物理好资源网(原物理ok网)

其中,OF4物理好资源网(原物理ok网)

是波速(在真空里是光速;在其它介质里,小于光速),OF4物理好资源网(原物理ok网)

是频率,OF4物理好资源网(原物理ok网)

是波长。OF4物理好资源网(原物理ok网)

当波从一种介质传播到另外一种介质的时候,波的速度会发生改变,然而频率是不会改变的。OF4物理好资源网(原物理ok网)

干涉存在于出现的几种波,是两个或更多的波,叠加之后形成新的波样式情况之中。假设这几个电磁波的电场方向一致,磁场一样顺着相同方向,那么这种干涉属于相长干涉;反之相反方向的场那么展现形式会是摧毁性干涉。OF4物理好资源网(原物理ok网)

称作辐射能的、属于电磁波的那种能量,此能量一边有一半是在电场里被储存着的,另一边有一半是在磁场当中是被储存着的,要用方程去进行表达,且是分开表达 。OF4物理好资源网(原物理ok网)

其中,OF4物理好资源网(原物理ok网)

是单位体积的能量,OF4物理好资源网(原物理ok网)

是电场数值大小,OF4物理好资源网(原物理ok网)

是磁场数值大小电磁学 物理学家OF4物理好资源网(原物理ok网)

是电常数,OF4物理好资源网(原物理ok网)

是磁常数。OF4物理好资源网(原物理ok网)

传播速度OF4物理好资源网(原物理ok网)

电磁学 物理学家OF4物理好资源网(原物理ok网)

呈加速运动的电荷或随着时间而变化的电磁场,会产生电磁波。OF4物理好资源网(原物理ok网)

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电磁波动态传播OF4物理好资源网(原物理ok网)

在自由空间当中,电磁波是以光速进行传播的。要准确地计算其物理行为,必须引用推迟时间的概念。这会使得电场和磁场表达式的复杂程度增加(可参阅杰斐缅柯方程)。这些多加出来的项目细致地描述出了电磁波的物理行为。当任意一根导线(亦或其他导电体,比如天线)传导交流电之后,同频率的电磁波也会被发射出来。OF4物理好资源网(原物理ok网)

存在这样一条定则,电磁波必然遵守它:不管观测者的速度达到何种程度,是快还是慢,对于观测者而言,在真空中,电磁波永远会以光速进行传播。此洞察被爱因斯坦发展出来,进而形成狭义相对论,即狭义相对论的第二条基本原理 。OF4物理好资源网(原物理ok网)

在别的并非真空的介质当中,电磁波进行传播的速度会比光速小。有一种介质的折射率。OF4物理好资源网(原物理ok网)

是光速OF4物理好资源网(原物理ok网)

与电磁波传播于介质的速度OF4物理好资源网(原物理ok网)

的比例:OF4物理好资源网(原物理ok网)

电磁波谱OF4物理好资源网(原物理ok网)

按照波长长短,从长波起始,电磁波能够分类成无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X -射线以及伽马射线等情形。普通实验之中所运用的光谱仪,就足够用以分析从2奈米一直到2500奈米波长的电磁波。凭借这种仪器,能够知悉物体、气体乃至恒星的详细物理性质。这属于天文物理学的必备仪器。比如说,由于超精细分裂,氢原子会发射波长为21.12公分的无线电波。OF4物理好资源网(原物理ok网)

人类的眼睛,能够对波长大概处于400奈米以及700奈米之间的电磁波进行观测,而这被称作“可见光”。OF4物理好资源网(原物理ok网)

对于每一种电极性分子来说,会拥有某些与之对应的特定频率的微波,进而致使电极性分子伴随着振荡电场一同进行旋转,涵盖这样情况的机制被叫做电介质加热( )。鉴于这种明确的机制(而非热传导所依照的机制),电极性分子能够吸收微波所携带的能量来源。微波炉最终就是充分的应用这一运作原理,借助水分子的旋转运动,更加均匀地把食物进行加热,有效降低等候所需的时间。 句号处标点缺少,括号内容缺失,可根据实际情况处理 。OF4物理好资源网(原物理ok网)

应用OF4物理好资源网(原物理ok网)

无线广播以及电视均是借助电磁波来开展的。要知道,在无线广播里,人们先是把声音信号转化成电信号,之后呢,再让这些信号被高频振荡的电磁波携带着朝着周围空间散去,传播出来 。在另外一个地方,人们借助接收机收到那些电磁波,之后把当中的电信号还原成声音信号,这便是无线广播的大概流程。在电视方面,除了要如同无线广播那般处置声音信号外,还得把图象的光信号转变成电信号,接着也让这两种信号一同由高频振荡的电磁波带着朝周围空间传播。电视接收机收到这些电磁波后,又把其中的电信号还原成声音信号与光信号,进而呈现出电视的画面以及喇叭里的声音。用于无线电广播的电磁波,其频率是很高的,其涵盖范围是极大的,而用于电视的电磁波,其频率更高,其范围更大。OF4物理好资源网(原物理ok网)

另外电磁学 物理学家,电磁波被运用在手机通讯上,在卫星信号里有其身影,导航领域它也发挥作用,遥控方面存在它的应用,定位环节用到了它,家电中的微波炉用的是红外波,电磁炉也和它有关,工业范畴有它的使用,医疗器械方面同样有它的应用 。OF4物理好资源网(原物理ok网)

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