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电波是什么意思

原创 2023-04-10 14:54:09

电波一般指电磁波。电磁波(Electromagnetic wave)是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的振荡粒子波,是以波动的形式传播的电磁场,具有波粒二象性,其粒子形态称为光子,电磁波与光子不是非黑即白的关系,而是根据实际研究的不同,其性质所体现出的两个侧面。

基本属性

电磁波有三大属性,即振幅(强度、光强)、频率(波长)和波形(频谱分布),对于可见光而言,这三者分别对应光颜色的明度,色相和色度,对于单一频率的电磁波而言,还有初相位的概念,其波形为正弦曲线(余弦曲线),称之为正弦波(余弦波),电磁波的波形越接近正弦波,其频谱越纯粹,单色性越好,典型的例子就是激光。

电磁波的一个重要属性是频率,它可以决定电磁波的各种性质,但是描述电磁波的频率,不一定必须用频率本身,还可以是和频率有关的物理量,常用的有波长(如果不做任何说明,则默认指真空中的波长,与频率是唯一对应关系,成反比)、光子能量(与频率成正比)、波数(波长的倒数,与频率成正比,默认为真空中的波长)和周期(与频率成反比)等。

物理量符号

频率→f或ν(希腊字母纽,不是英文字母v,多用于量子力学),波长→λ,光子能量→E,波数→k(光谱学中多用σ和ν),周期→T,光速→c(真空中)或v(介质中)(波长λ,波数k,光速c都默认指真空中的)

定义式:f=1/T,λ=c/f(=c/ν),E=hf(=hν),k=1/λ

和电磁波有关的各个物理量之间的换算

f(=ν)=c/λ=1/T=E/h=ck

λ=c/f(=c/ν)=cT=hc/E=1/k

E=hf(=hν)=hc/λ=hck=h/T

k=1/λ=f/c(=ν/c)=E/hc=1/cT

T=1/f(=1/ν)=λ/c=1/ck=h/E

电磁波在真空中的传播速度(波速)为一定值,即(真空中)光速,记为c,c=299792458m/s,电磁波既可以在真空中传播,也可以在介质中传播,不过在介质中波速会降低,一般情况下,电磁波在气体、液体、固体中波速依次降低。介质对某一电磁波的折射率n等于真空中光速c除以该电磁波在介质中的速度v,真空的折射率为1,气体的折射率略大于1,液体、固体中的折射率大于1,折射率越大,介质中波速越小。一般情况下,在同种介质中,电磁波的频率越高(波长越短),折射率越大,波速越低,如在同种介质中,紫光的折射率比红光大(紫光的频率比红光高,波长比红光短)。

波粒二象性

一切电磁波都具有波粒二象性,其粒子形态称为光子,电磁波与光子不是非黑即白的关系,而是根据实际研究的不同,其性质所体现出的两个侧面,它们是并存的,你中有我,我中有你。对于机械波和引力波而言,也有它们对应的粒子形态——声子和引力子,其中声子为准粒子,需要介质的存在,而引力子可能和光子一样为玻色子,只不过目前还没被人们所观测到,属于一种假想粒子。根据量子力学理论,实物粒子也有波动性,这种波称作物质波,或德布罗意波。

波动性和粒子性的强弱取决于频率和波长,无线电波以波动性为主,粒子性极其微弱;微波波动性较强,也存在一定的粒子性;红外线、可见光和紫外线波动性和粒子性均比较明显,处于波动性和粒子性的过渡地带;X射线虽然也可以发生衍射现象(X射线显微镜),但波动性较弱,粒子性比较明显(康普顿效应),电离能力强;伽马射线以粒子性为主,电离能力极强,波动性极其微弱。

电磁场

电磁场是物质的特殊形式,它具有一般物质的主要属性,如质量、能量、动量等。客观上永远存在着与观察条件无关的统一的电磁场,把它分成电场与磁场两部分是相对的,是与试验条件有关的。

球面波、柱面波与平面波 对于随时间作正弦变化的电磁波,按照其电场强度E与磁场强度H的等相面(即波前面)为球面、柱面或平面的不同情况,电磁波又有球面波、柱面波与平面波之分。

横电磁波、横电波与横磁波 其电场与磁场都在垂直于传播方向的平面上的电磁波,称为横电磁波,简称TEM波。在垂直于波的传播方向平面上只含电场的电磁波称为横电波,简称TE波。在垂直于波的传播方向的平面上只含磁场的电磁波称为横磁波,简称TM波。

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来自佰学网

刘老师

刘老师

中国人大教育学硕士

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