電磁波的橫波性質

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簡介

我們透過光看到美麗的自然，光是一種電磁波。我們透過聲波聽到美妙的旋律。波在日常生活中有著無數的應用，從蜂窩通訊到雷射手術。如果我們在水面的穩定表面上扔一塊石頭，我們會看到石頭擊中水面的地方水面上的反射。在當今現代科技世界，手機在我們日常生活中的影響力非常高。它是一種快速有效地將資訊從一個點發送到另一個點的有效手段。

電磁波

電磁波與機械波不同，它們在真空中傳播的速度等於光速。這些波是由加速的帶電粒子產生的。這些波不是機械波，因為它們可以在沒有任何介質的幫助下傳播。這些波的速度等於真空中光速。電場和磁場不會偏離電磁波。電磁波可以產生干涉效應和衍射。並且它們會發生偏振。這些是電磁波的特性。

電磁波譜

根據波長或頻率依次排列的電磁波集合稱為電磁波譜。無線電波、紫外線、微波、X 射線、紅外線和伽馬射線是電磁波的型別。

無線電波

電路上產生的振盪器產生無線電波。它的波長從 0.1 米到 1000 米。這種波會發生反射和衍射。

微波

電路上產生的電磁波產生微波。它的波長範圍為 0.001 米到 0.3 米，頻率範圍為 $\mathrm{3\times 10^{11}Hz\:to\:1\times 10^{9}Hz}$。這種波會發生反射和偏振。

紅外線

熱源（也稱為熱波）產生紅外輻射。當分子發生旋轉運動或振動時會產生紅外輻射。它的波長範圍為 $\mathrm{8\times 10^{-7}m\:to\:5\times 10^{-3}m}$，頻率範圍為 $\mathrm{4\times 10^{14}Hz\:to\:6\times 10^{10}Hz}$。

可見光

可見光來自氣相中的物質。氣體中激發的原子也會發出可見光。它的波長範圍為 $\mathrm{4\times 10^{-7}m\:to\:7\times 10^{-7}m}$。頻率範圍為 $\mathrm{7\times 10^{14}Hz\:to\:4\times 10^{14}Hz}$。它會發生折射、衍射和偏振。

為什麼電磁波本質上是橫波？

電磁波是橫波。因為三個向量，即振盪電場向量、傳播向量（給出波傳播方向的向量）和振盪磁場向量彼此垂直。如果電場和磁場分別位於 Y 和 Z 方向，則電磁波沿 X 方向傳播。電磁波不會被電場和磁場反射。

證明電磁波本質上是橫波

麥克斯韋的預測在 1888 年由科學天才海因裡希·魯道夫·赫茲透過實驗證明。實驗裝置如圖所示。該裝置由如圖所示排列的小金屬球組成。它們連線到較大的球體。電極的另一端連線到匝數很多的感應線圈。該系統產生電動勢 (emf)。由於線圈電壓非常高，導體之間的空氣電離併產生火花（放電火花）以及導體之間的間隙（導體沒有完全閉合，在環上可以看到小的間隙）。能量以波的形式從終端傳輸到終端（環形終端）。這種波是電磁波。如果接收器垂直旋轉，則接收器不會接收到任何火花。這證實了根據麥克斯韋的預測，電磁波是橫波。

海因裡希·赫茲在 1887 年使用的實驗電路

DMGualtieri，赫茲發射機接收機，CC BY-SA 3.0

電磁波的應用

• 無線電波用於訊號傳輸和通訊系統。無線電波還用於在超高頻頻段工作的手機中的語音通訊。

• 微波用於雷達裝置引導飛機並確定其速度。用於微波烹飪。它還用於透過衛星進行長距離無線通訊。

• 紅外線以太陽能電池的形式為衛星提供能量。它們利用紅外線去除水果中的水分並生產乾果。它們用作溫室中的隔熱材料。

• 紅外線用於熱療治療肌肉疼痛和扭傷。它用於電視機中使用的遙控感測器。紅外線用於在昏暗的霧中觀察迎面而來的車輛、夜視和紅外攝影。

• 可見光譜用於攝影。可見光用於檢查分子結構、確定原子外層電子的排列併為眼睛提供光感。

• 紫外線可用於殺死細菌、去除手術器械上的病原體、在防盜報警器中檢測指紋、檢測隱藏的字母並瞭解分子結構。

• X 射線比紫外線具有更強的穿透力，並且 X 射線更多地用於研究原子內部殼層的結構以及研究晶體結構。

• X 射線還用於診斷骨折、檢測骨骼和腎結石的形成以及檢測修復骨骼的生長情況。

• 伽馬射線用於確定原子核的結構。伽馬輻射用於治療癌症。伽馬輻射廣泛應用於臨床實踐。

結論

電磁波是由加速的帶電粒子產生的。這些波不是機械波，因為它們可以在沒有任何介質的幫助下傳播。根據波長或頻率依次排列的電磁波集合稱為電磁波譜。無線電波、紫外線、微波、X 射線、紅外線和伽馬射線是電磁波的型別。微波用於雷達裝置引導飛機並確定其速度。紅外線以太陽能電池的形式為衛星提供能量。

常見問題

Q1. 磁力線的特性

答：磁力線是穿過磁體內部的連續曲線。磁力線從磁體的北極開始，到南極結束。這些線永遠不會交叉。它們在兩極比在磁體中心更強。

Q2. 以例項說明線狀發射光譜

答：當高溫氣體透過稜鏡時，會得到線狀發射光譜。線狀光譜也可以稱為連續光譜。每條線代表元素的獨特特性，即不同的元素有不同的線。

Q3. 如何獲得連續吸收光譜？

答：透過讓光穿過介質，然後讓該光穿過稜鏡，光會發生衍射。由此，可以獲得連續吸收。例如，如果你讓白光穿過藍色玻璃，玻璃會吸收除藍色以外的所有顏色。

Q4. 解釋當白光透過稀釋的血液或植物綠色時獲得的光譜？

答：在白光透過碘氣體粒子後獲得的光譜在明亮的連續白色背景上顯示出暗帶。這些黑帶是帶狀吸收光譜。同樣，當白光透過稀釋的血液或植物汁液或某些礦物質或有機溶液時，可以獲得帶狀吸收光譜。

Q5. 電磁場如何在醫學領域使用？

答：目前，電磁場在先進的醫療裝置中發揮著重要作用，例如用於癌症的熱療和磁共振成像。其他基於電磁技術的裝置寫入和掃描有關人體的資訊。掃描器、X 射線裝置和許多其他醫療裝置都利用電磁原理進行操作。