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电磁波

电磁波是什么

从科学的角度来说,电磁波是能量的一种,凡是能够释出能量 的物体,都会释出电磁波。

电与磁可说是一体两面,变动的电会产生磁,变动的磁则会产 生电。电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般,因此被 称为电磁波,而其每秒钟变动的次数便是频率。当电磁波频率 低时,主要藉由有形的导电体才能传递;当频率渐提高时,电 磁波就会外溢到导体之外,不需要介质也能向外传递能量,这 就是一种辐射。举例来说,太阳与地球之间的距离非常遥远, 但在户外时,我们仍然能感受到和勋阳光的光与热,这就好比 是「电磁辐射藉由辐射现象传递能量」的原理一样。 电磁波用的波长在 10~3000 米之间,分长波、中波、中短波、 短波等几种。传真(电视)用的波长是 3~6 米;雷达用的波 长更短,3 米到几厘米。电磁波有红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ 射线等。各种光线和射线,也都是波长不同的电磁波。

其中以无线电的波长最长,宇宙射线的波长最短。 无线电波 3000 米~0.3 毫米。 红外线 0.3 毫米~0.75 微米。 可见光 0.7 微米~0.4 微米。 紫外线 0.4 微米~10 毫微米 X 射线 10 毫微米~0.1 毫微米 γ 射线 0.1 毫微米~0.001 毫微米 宇宙射线 小于 0.001 毫微米 所以无线电波是电磁波的一种

根据其主要的传播途径来说的,无线电波有三种传播方式:地 波、天波和沿直线传播的波。

地波沿地球表面附近的空间传播的无线电波叫地波。地面上有 高低不平的山坡和房屋等障物,根据波的衍射特性,当波长大 于或相当于障碍物的尺寸时, 波才能明显地绕到障碍物的后面。

地面上的障碍物一般不太大,长波可以很好地绕过它们。中波 和中短波也能较好地绕过,短波和微波由于波长过短,绕过障 碍物的本领就很差了。

地球是个良导体,地球表面会因地波的传播引起感应电流,因 而地波在传播过程中有能量损失。 频率越高, 损失的能量越多。 所以无论从衍射的角度看还是从能量损失的角度看,长波、中 波和中短波沿地球表面可以传播较远的距离,而短波和微波则 不能。

地波的传播比较稳定,不受昼夜变化的影响,而且能够沿着弯 曲的地球表面达到地平线以外的地方,所以长波、中波和中短 波用来进行无线电广播。

由于地波在传播过程中要不断损失能量, 而且频率越高(波长越 短)损失越大,因此中波和中短波的传播距离不大,一般在几百 千米范围内,收音机在这两个波段一般只能收听到本地或邻近 省市的电台。长波沿地面传播的距离要远得多,但发射长波的 设备庞大,造价高,所长波很少用于无线电广播,多用于超远 程无线电通信和导航等。

天波依靠电离层的反射来传播的无线电波叫做天波。什么是电 离层呢?地球被厚厚的大气层包围着,在地面上空 50 千米到 几百千米的范围内,大气中一部分气体分子由于受到太阳光的 照射而丢失电子, 即发生电离, 产生带正电的离子和自由电子, 这层大气就叫做电离层。

电离层对于不同波长的电磁波表现出不同的特性。实验证明, 波长短于 10m 的微波能穿过电离层, 波长超过 3000km 的长波,

几乎会被电离层全部吸收。对于中波、中短波、短波,波长越 短,电离层对它吸收得越少而反射得越多。因此,短波最适宜 以天波的形式传播,它可以被电离层反射到几千千米以外。但 是,电离层是不稳定的,白天受阳光照射时电离程度高,夜晚 电离程度低。因此夜间它对中波和中短波的吸收减弱,这时中 波和中短波也能以天波的形式传播。收音机在夜晚能够收听到 许多远地的中波或中短波电台,就是这个缘故。 性质不同,而且是完全不同的两个概念。无线电可以在任何一 种介质中传播,还被用于寻找外星人计划中去了。220 伏特(V) 只是电压,虽然电流也有电磁场,电磁波,有传播方向,不能 够但电不是有线电波,没有像无线电传播的可能, 不然我们就被 电住了,像这里是 120V 的。仍是用导线传输供电, 频率从几十 Hz(甚至更低)到 3000GHz 左右(波长从几十 Mm 到 0.1mm 左右)频谱范围内的电磁波,称为无线电波。电波旅行 不依靠电线,也不象声波那样,必须依靠空气媒介帮它传播, 有些电波能够在地球表面传播,有些波能够在空间直线传播, 也能够从大气层上空反射传播,有些波甚至能穿透大气层,飞

向遥远的宇宙空间。 发信天线或自然辐射源所辐射的无线电波, 通过自然条件下的媒质到达收信天线的过程,就称为无线电波 的传播。 无线电波的频谱,根据它们的特点可以划分为表所示钓几个波 段。根据频谱和需要,可以进行通信、广播、电视、导航和探 测等,但不同波段电波的传播特性有很大差别。 电波主要传播方式 电波传输不依靠电线,也不象声波那样,必须依靠空气媒介帮 它传播,有些电波能够在地球表面传播,有些波能够在空间直 线传播,也能够从大气层上空反射传播,有些波甚至能穿透大 气层,飞向遥远的宇宙空间。 任何一种无线电信号传输系统均由发信部分、收信部分和传输 媒质三部分组成。传输无线电信号的媒质主要有地表、对流层 和电离层等,这些媒质的电特性对不同波段的无线电波的传播 有着不同的影响。根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生 的主要影响,可将电波传播方式分成下列几种: 地表传播

对有些电波来说,地球本身就是一个障碍物。当接收天线距离 发射天线较远时,地面就象拱形大桥将两者隔开。那些走直线 的电波就过不去了。只有某些电波能够沿着地球拱起的部分传 播出去, 这种沿着地球表面传播的电波就叫地波, 也叫表面波。 地面波传播无线电波沿着地球表面的传播方式,称为地面波传 播。其特点是信号比较稳定,但电波频率愈高,地面波随距离 的增加衰减愈快。因此,这种传播方式主要适用于长波和中波 波段。 天波传播 声音碰到墙壁或高山就会反射回来形成回声,光线射到镜面上 也会反射。无线电波也能够反射。在大气层中,从几十公里至 几百公里的高空有几层“电离层”形成了一种天然的反射体,就 象一只悬空的金属盖,电波射到“电离层’就会被反射回来,走 这一途径的电波就称为天波或反射波。在电波中,主要是短波 具有这种特性。 电离层是怎样形成的呢?原来,有些气层受到阳光照射,就会 产生电离。 太阳表面温度大约有 6000℃, 它辐射出来的电磁波

包含很宽的频带。其中紫外线部分会对大气层上空气体产生电 离作用,这是形成电离层的主要原因。 电离层一方面反射电波,另一方面也要吸收电波。电离层对电 波的反射和吸收与频率(波长)有关。频率越高,吸收越少,频 率越低,吸收越多。所以,短波的天波可以用作远距离通讯。 此外,反射和吸收与白天还是黑夜也有关。白天,电离层可把 中波几乎全部吸收掉,收音机只能收听当地的电台,而夜里却 能收到远距离的电台。对于短波,电离层吸收得较少,所以短 波收音机不论白天黑夜都能收到远距离的电台。不过,电离层 是变动的,反射的天波时强时弱,所以,从收音机听到的声音 忽大忽小,并不稳定。 视距传播、散射传播及波导模传播 视距传播是指:若收、发天线离地面的高度远大于波长,电波 直接从发信天线传到收信地点(有时有地面反射波)。这种传播 方式仅限于视线距离以内。目前广泛使用的超短波通信和卫星 通信的电波传播均属这种传播方式。 散射传播是利用对流层或电离层中介质的不均匀性或流星通过

大气时的电离余迹对电磁波的散射作用来实现超视矩传播。这 种传播方式主要用于超短波和微波远距离通信。 超短波的传播特性比较特殊,它既不能绕射,也不能被电离层 反射,而只能以直线传播。以直线传播的波就叫做空间波或直 接波。由于空间波不会拐弯,因此它的传播距离就受到限制。 发射天线架得越高,空间波传得越远。所以电视发射天线和电 视接收天线应尽量架得高一些。尽管如此,传播距离仍受到地 球拱形表面的阻挡,实际只有 50km 左右。 超短波不能被电离层反射,但它能穿透电离层,所以在地球的 上空就无阻隔可言,这样,我们就可以利用空间波与发射到遥 远太空去的宇宙飞船、人造卫星等取得联系。此外,卫星中继 通讯,卫星电视转播等也主要是利用天波传输途径。 波导模传播电波是指:在电离层下缘和地面所组成的同心球壳 形波导内的传播。长波、超长波或极长波利用这种传播方式能 以较小的衰减进行远距离通信。 在实际通信中往往是取以上五种传播方式中的一种作为主要的 传播途径,但也有几种传播方式并存来传播无线电波的。一般

情况下都是根据使用波段的特点,利用天线的方向性来限定一 种主要的传播方式。 电磁波是一种横波.是电场和磁场在空间的振动.电磁波可以在 真空或在介质中传播.真空中电磁波速.为一常数.是宇宙中最快 的速度.可见光.红外光.紫外光.微波和伽玛射线等都是电磁波. 简单来说.电磁波就是电磁场(ElectroMagnetic Radiation.简称 EMR) 的波动.电场的变化产生磁场.磁场的变化形成电场.电场 与磁场交互作用而产生的波动.称为电磁波. 电磁波与光和热相同.属於一种能量.可透过空中辐射或导电体 等方式传送,电磁波每秒钟变动的次数是频率.在电磁处於高频 率时.电磁波不需要介质也能向外传递能量.这就是一种辐射.而 辐射种类可分为三种:游离辐射.有热效应非游离辐射.无热效应 非游离辐射.

举凡能够释放能量的物体.都会释放电磁波.因此.在我们日常生 活中.确实存在大量看不见的电磁波.手提电话释放的电磁波辐 射就是其中一种熟悉的例子.

电磁波有哪些特性

电磁波频率低时.主要藉由有形的导电体才能传递.原因是在低 频的电振荡中.磁电之间的相互变化比较缓慢.其能量几乎全部 反回原电路而没有能量辐射出去,电磁波频率高时即可以在自 由空间内传递.也可以束缚在有形的导电体内传递.在自由空间 内传递的原因是在高频率的电振荡中.磁电互变甚快.能量不可 能全部反回原振荡电路.于是电能.磁能随着电场与磁场的周期 变化以电磁波的形式向空间传播出去.不需要介质也能向外传 递能量.这就是一种辐射.举例来说.太阳与地球之间的距离非常 遥远.但在户外时.我们仍然能感受到和勋阳光的光与热.这就好 比是「电磁辐射藉由辐射现象传递能量」的原理一样. 电磁波为横波.电磁波的磁场.电场及其行进方向三者互相垂直. 振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变.其强度与距离的平 方成反比.波本身带动能量.任何位置之能量功率与振幅的平方 成正比. 其速度等于光速 c(每秒 3×10 的 8 次方米).在空间传播的电磁波.

距离最近的电场(磁场)强度方向相同.其量值最大两点之间的距 离.就是电磁波的波长 λ.电磁每秒钟变动的次数便是频率 f.三者 之间的关系可通过公式 c=λf. 通过不同介质时.会发生折射.反射.绕射.散射及吸收等等.电磁 波的传播有沿地面传播的地面波.还有从空中传播的空中波以 及天波.波长越长其衰减也越少.电磁波的波长越长也越容易绕 过障碍物继续传播.


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