电磁波是怎样产生和传播

电磁波是怎样产生和传播
电磁波是怎样产生和传播

电磁波是怎样产生和传播
很多效应都可以发射电磁波.电磁波谱你应该知道的,就是波长最长的无线电长波,到中波,短波,微波,然后是红外,可见光,紫外,X光,直到波长最短的伽玛射线
下面列举目前已知的发射电磁波的方式：
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.