什么是电磁波?(电磁波是什么的分析)
昨天我们讲了信息战中无形的较量是电子对抗,所以:信息战下,谁掌握了电磁频谱尤优资源网,谁就能掌握整个战场。
所以今天我们来到侃侃。什么是电磁波...
什么是电磁波?
电磁能量可以以波的形式传播,并且覆盖从长无线电波到短伽马射线的宽光谱。人眼只能探测到这个光谱的一小部分,也就是可见光。检测无线电频谱的不同部分,而x光机使用另一部分。美国宇航局的科学仪器使用整个电磁波谱来研究地球、太阳系和更广阔的宇宙。
当你调收音机、看电视、发短信或用微波炉做爆米花时,你正在使用电磁能量。你每天每时每刻都依赖这种能量。没有它,你所知道的世界就不会存在。
是什么在保护我们?
我们的太阳是整个光谱的能量来源,它的电磁辐射不断轰击我们的大气层。然而,地球的大气层保护我们免受一系列可能对生命有害的高能波的影响。伽马射线、X射线和一些紫外线是“电离的”,这意味着这些波具有很高的能量,可以从原子中移除电子。
暴露在这些高能波下,会改变原子和分子,破坏有机物中的细胞。有时它有助于改变这些细胞,例如当辐射被用来杀死癌细胞时,有时它没有帮助,例如当我们被晒伤时。
大气窗口
在大气层的视线之外——NASA的飞船如——rhe SSI为科学家提供了独特的优势,帮助他们“看到”被地球保护性大气层阻挡的更高能量的波长。
电磁辐射主要被地球大气中的几种气体反射或吸收,其中最主要的是水蒸气、二氧化碳和臭氧。一些辐射(例如可见光)在很大程度上穿过(透射)大气。
这些具有可以穿过大气的波长光谱的区域被称为“大气窗口”。一些微波甚至可以穿过云层,这使它们成为传输卫星通信信号的更佳波长。
电磁波解剖学
衡量工作能力的能量形式有很多种,可以从一种转换到另一种。
储存能量或势能的例子包括电池和水坝后面的水,运动的物体是动能的例子。带电粒子(如电子和质友资源网)运动时会产生电磁场。这些场传输的能量被称为电磁辐射或光。
电磁波和机械波是什么?
机械波和电磁波是我们周围世界传递能量的两种重要方式。水波和空气体声波是机械波的两个例子。
机械波是由物质(无论是固体、气体、液体还是等离子体)的扰动或振动引起的。波传播通过的物质叫做介质。
水波是液体振动形成的,声波是气体(空气体)振动形成的。这些机械波通过使分子相互碰撞在介质中传播,就像倒下的多米诺骨牌将能量从一个传递到另一个。声波无法在true 空中传播,因为没有传播这些机械波的介质。
经典波在不通过介质传输物质的情况下传输能量。池塘里的波浪不会把水分子从一个地方带到另一个地方。相反,波浪的能量在水中传播,使水分子留在原地,就像臭虫在水中的波纹上跳跃一样。
电磁波
当气球摩擦头发的头部时,会产生静电荷,相互排斥。
电可以是静电,比如能让头发竖起来的能量。磁性也可以是静态的,就像冰箱磁铁一样。变化的磁场会感应出变化的电场,反之亦然——这两者是相互关联的。
这些变化的场形成电磁波,与机械波不同的是,它们可以不通过介质传播。这意味着电磁波不仅可以通过空气体和固体材料传播,还可以通过空之间的真空。
在20世纪60年代和70年代,一位名叫詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的苏格兰科学家提出了一种解释电磁波的科学理论。他注意到电场和磁场可以耦合在一起形成电磁波。他将电和磁之间的这种关系总结成现在所谓的麦克斯韦方程组。
德国物理学家海因里希·赫兹将麦克斯韦的理论应用于无线电波的产生和接收。为了纪念海因里希·赫兹,无线电波的频率单位(每秒一个周期)被命名为赫兹。
他的无线电波实验解决了两个问题。首先,他具体证明了麦克斯韦只是一个理论结论——无线电波的速度等于光速,证明了无线电波是光的一种形式。其次,赫兹发现了如何将电场和磁场从导线中分离出来,用麦克斯韦波(电磁波)自由运动。
它们是波还是粒子?
光由称为光子的离散能量包组成。光子有动量,没有质量,以光速传播。所有的光都有类粒子和类波的性质。如何设计仪器来感知光对这些属性的影响?将光衍射成光谱进行分析的仪器就是观察光的波动特性的一个例子。数码相机中使用的检测器观察光的粒子性质,单个光子释放电子来检测和存储图像数据。
极化
光的物理特性之一是它可以偏振。极化是电磁场方向的一种度量。在上图中,电场(红色)是垂直极化的。
如果你想把飞盘扔到围栏上,在一个方向,它会通过,在另一个方向,它会被拒绝。这类似于太阳镜通过吸收光的偏振部分来消除眩光。
描述电磁能量
光、电磁波、辐射这些术语都指的是同一个物理现象:电磁能。
能量可以用频率、波长或能量来描述。这三者在数学上是相关的,所以如果你知道其中一个,你就可以计算出另外两个。无线电和微波通常用频率(赫兹)、红外线和可见光的波长(米)以及X射线和伽马射线的能量(电子伏特)来描述。这是科学的做法,用不太大也不太小的单位比较方便。
频率
一秒钟内通过给定点的峰值数量被描述为波的频率。海因里希·赫兹(Heinrich Hertz)确定无线电波的存在后,每秒一个波或一个周期的频率称为赫兹(Hz)。具有两个周期并在一秒钟内通过一点的波的频率是2 Hz。
波长
电磁波和海浪一样有波峰和波谷。峰值之间的距离就是波长。最短波长只是原子大小的几分之一,而科学家目前研究的最长波长可能比我们星球的直径还要大!
活力
电磁波也可以用能量来描述,能量的计量单位是电子伏特(eV)。电子伏特是使电子通过伏特电势所需的动能。沿着光谱从长波长移动到短波长,能量随着波长的缩短而增加。考虑一根跳绳,绳子的一端被上下拉动。需要更多的能量才能让绳子有更多的波浪。
虽然我们的大气层对保护生命和使地球适于居住至关重要,但在Tai 空研究高能辐射源并没有太大帮助。该仪器必须放置在地球吸收能量的大气层上方,以便“看到”更高能量甚至一些更低能量的光源,如类星体。
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