1 电磁波基础知识
电磁波传播基础
电磁波传播基础
1. 电磁波的本质
电磁波是由电场和磁场组成的能量传播形式,是一种横波,波的振动方向与传播方向垂直。
电磁波的产生源是加速运动的电荷。
2. 电磁波的性质
2.1 电磁波在真空中以光速传播,在介质中传播速率小于光速。
2.2 电磁波是横波,电场和磁场振动方向相互垂直,且与传播方向也相互垂直。
2.3 电磁波具有波长、频率、振幅等波的一般性质。
2.4 不同波长的电磁波具有不同的穿透能力。
3. 电磁波的传播方式
3.1 在真空中直线传播
3.2 在均匀介质中直线传播
3.3 在非均匀介质中会发生折射、反射等现象
3.4 在导体中会被快速衰减
4. 电磁波的应用
电磁波在通信、雷达、遥感、医疗、工业等领域有着广泛的应用。
不同波长的电磁波具有不同的应用,如无线电波用于广播和通信,微波用于雷达和卫星通信,可见光用于照明和显示等。
5. 电磁波的辐射
电磁波的产生源会向周围发射电磁辐射,过量的电磁辐射会对生物体和电子设备产生不利影响。
因此在使用无线电、雷达等设备时,需要注意控制电磁辐射强度在安全范围内。
《电磁场与电磁波》第一章 矢量分析
ey Ay By
ez Az Bz
显然，矢量的矢积不满足交换律。 两个矢量的矢积仍是矢量。
矢积的几何意义 设 则
A A ex
B Bxex By ey
z
A B y B
A B ez A B sin
A
可见，矢积A×B的方向与矢量A及 矢量B构成的平面垂直，由A旋转到B成 右手螺旋关系；大小为 A B sin 。
S
E dS
0
可见，当闭合面中存在正电荷时，通量为正。当闭合面中存在负电 荷时，通量为负。在电荷不存在的无源区中，穿过任一闭合面的通 量为零。
㊀
㊉
二、散度(divergence)
通量仅能表示闭合面中源的总量，不能显示源的分布特性。为 此需要研究矢量场的散度。
如果包围点P的闭合面S所围区域V以任意方式缩小为点P 时, 矢量A通过 该闭合面的通量与该闭合面包围的体积之比的极限称为矢量场A在该点的散度， 以divA表示，即
结合律： ( A B) C A ( B C )
标量乘矢量：
A Ax ex Ay e y Az ez
§1-3 矢量的标积和矢积
一、矢量的标积
A Axex Ay e y Az ez
矢量A与矢量B的标积定义为：
B Bxex By ey Bz ez
则： A A ea ex A cos ey A cos ez A cos 标积的几何意义
y B
设 其中
A A ex
B Bxex By ey
Bx B cos By B cos( ) B sin 2
A
x
所以
A B A B cos
电磁波传播基础
电磁波传播基础
1. 电磁波的性质
- 电磁波是一种横波,由电场和磁场组成,相互垂直
- 电磁波在真空中以光速传播,在介质中速度略小于光速 - 电磁波具有波长、频率、振幅等特征参数
2. 电磁波的传播模式
- 电磁波可以在导体、介质和真空中传播
- 在导体中,电磁波以沿导体表面的导体波形式传播
- 在介质中,电磁波以体波形式传播,并遵循折射和反射规律 - 在真空中,电磁波以自由空间波形式直线传播
3. 电磁波的反射和折射
- 当电磁波入射到介质边界时,会发生反射和折射现象
- 反射和折射角度遵循斯涅尔定律
- 介质的电磁特性决定了反射和折射的程度
4. 电磁波的衍射和干涉
- 电磁波遇到障碍物或狭缝时会发生衍射现象
- 多个电磁波在空间叠加会产生干涉效应
- 衍射和干涉现象在许多应用中都有重要作用
5. 电磁波的极化
- 电磁波的电场振动方向定义了极化状态
- 常见的极化状态包括线极化、圆极化和椭圆极化
- 极化特性在通信和遥感等领域有重要应用
6. 电磁波的衰减和增强
- 电磁波在传播过程中会受到多种因素的影响而衰减
- 大气、障碍物和介质损耗都会导致电磁波衰减
- 天线和放大器等设备可以增强电磁波的强度
以上是电磁波传播基础的一些主要内容,包括电磁波的性质、传播模式、反射和折射、衍射和干涉、极化以及衰减和增强等方面。
了解这些基础知识对于研究和应用电磁波技术至关重要。
物理中的电磁波应用知识点
物理中的电磁波应用知识点电磁波是物理学中重要的概念之一，它们在我们的日常生活和科学研究中有着广泛的应用。
本文将介绍一些常见的电磁波应用知识点，从无线通信到医学影像学，帮助读者了解电磁波在不同领域的重要性和应用。
1. 无线通信无线通信是电磁波应用的一个重要领域。
无线电波、微波和红外线等电磁波的应用，使得我们可以通过手机、电视、卫星通信等方式实现远距离的通信。
无线通信技术的发展使得信息传递更加快速方便，为人们的日常生活和工作带来了巨大的便利。
2. 无线能量传输电磁波还可以用于无线能量传输。
无线充电技术是其中的一个应用示例，通过电磁波的辐射和接收可以实现对电子设备的充电。
这种技术在现代生活中变得越来越常见，我们可以通过将手机或其他设备放在充电器上而无需使用电缆进行充电。
3. 雷达系统雷达是一种利用电磁波进行远程探测和监测的技术。
雷达系统利用电磁波的特性，通过发射器发送电磁波并接收它们的反射信号来探测目标的位置和速度。
雷达系统被广泛应用于气象预报、军事侦察、航空导航等领域。
4. 医学影像学电磁波在医学影像学中的应用是一项重要的技术。
X射线、CT扫描和MRI等技术利用了电磁波的穿透能力和与物质相互作用的特性。
这些技术可以帮助医生对内部结构和器官进行诊断，从而更好地了解疾病的情况并制定治疗方案。
5. 激光技术激光是一种高度聚焦的电磁波源，它在很多领域中发挥着重要作用。
激光被广泛应用于工业加工、医疗美容、科学研究和通信等领域。
由于激光的高度单色性和定向性，它可以实现高精度的切割、焊接和测量，并在眼科手术和皮肤治疗中起到重要作用。
总结：电磁波在物理学中是一个重要的概念，在科学研究和日常应用中都具有广泛的用途。
无线通信、无线能量传输、雷达系统、医学影像学和激光技术等领域都是电磁波应用的典型示例。
理解和掌握这些应用知识点可以帮助我们更好地理解电磁波的特性和应用，为我们的生活和工作提供更多便利和可能性。
电磁波传播基本知识及天线原理 (1)
交叉极化比 上旁瓣抑制
对网络性能有影响的辅助指标
下零点填充 方向图圆度
三、天线主要性能参数
天线增益
系指天线在某一规定方向上的辐射功率通量密度与参考天线（通常采用理 想点源）在相同输入功率时最大辐射功率通量密度的比值。
P1
P0 天线
P2
理想辐射单元
G = 10log(P1/P2)
三、天线主要性能参数
交叉极化比 上旁瓣抑制
对网络性能有影响的辅助指标
下零点填充 方向图圆度
三、天线主要性能参数
前后比
±30°? 25dB ？ +/-2dB ?
抑制同频干扰或导频污染的重要指标
通常仅需考察水平面方向图(?)的前后比,并特指后向±30°范围内(?)的最差值。
前后比指标越差，后向辐射就越大，对该天
线后面的覆盖小区造成干扰的可能性就越大。
特殊应用中才会考察垂直面方向图的前后比，
比如基站背向区域有超高层建筑物。
后向功率
前向功率
三、天线主要性能参数
根据天线辐射参数对网络性能影响程度，可分类如下：
对网络的不同影响程度
满足网络覆盖要求的基础指标
天线参数
水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性 垂直面波束宽度及电下倾角度 前后比 增益
能够提升网络通信质量的辅助指标
三、天线主要性能参数
根据天线辐射参数对网络性能影响程度，可分类如下：
对网络的不同影响程度
满足网络覆盖要求的基础指标
天线参数
水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性 垂直面波束宽度及电下倾角度 前后比 增益
能够提升网络通信质量的辅助指标
交叉极化比 上旁瓣抑制
对网络性能有影响的辅助指标
电磁波基本原理
电磁波基本原理
电磁波是由电场和磁场相互耦合而产生的一种能量传播现象。
它在空间中以无线电波的形式传播，具有电磁性、波动性和传播性。
电磁波的产生源于电荷的运动。
当电荷随着时间的变化而加速运动时，就会产生电场的变化。
根据法拉第电磁感应定律，电场的变化又会引起磁场的变化。
而根据安培电流定律，磁场的变化又会引起电场的变化。
这样电场和磁场就彼此交替地产生变化，形成了电磁波。
电磁波的特征之一是它的频率和波长。
频率指的是电磁波每秒钟振动的次数，以赫兹（Hz）为单位表示。
而波长则指的是
电磁波一个完整的周期所占据的距离。
电磁波的频率和波长之间有一个固定的关系，即波速等于频率乘以波长。
根据电磁波的频率，可以将它们分为不同的类型，包括射电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
这些电磁
波具有不同的特性和应用。
例如，射电波广泛用于通信和广播领域，可见光则用于照明和图像显示，X射线用于医学成像和材料检测。
电磁波在空间中的传播遵循波动理论。
它们以一种类似水波的方式传播，直线传播路径上的电场和磁场的变化形成了电磁波的垂直振动和相互垂直的传播方向。
根据麦克斯韦方程组，电磁波能够同时存在于空间中的电磁场，传播速度等于光速。
总的来说，电磁波的基本原理是以电场和磁场的相互耦合为基础，通过电荷的加速运动而产生，并具有频率和波长的特征。
不同类型的电磁波具有不同的频率范围和应用领域。
通过了解电磁波的基本原理，我们可以更好地理解它们的性质和应用。
第1节电磁波的产生_
电磁波和机械波的区别
【例4】 电磁波与机械波相比较有 ( )． A．电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质 B．电磁波在任何介质中的传播速度都相同，机械 波在 同一介质中的传播速度都相同 C．电磁波与机械波都不能产生干涉现象 D．电磁波与机械波都能产生衍射现象
解析
电磁波的传播不需要介质，且在不同介质中，传播
三、对麦克斯韦电磁场理论的理解 电磁场的产生 如果在空间某处有周期性变化的电场，那 么这个变化的电场就在它周围空间产生周 期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它 周围空间产生变化的电场 —— 变化的电场和 变化的磁场是相互联系的，形成不可分割 的统一体，这就是电磁场．
麦克斯韦电磁场理论的要点 (1)恒定的磁场不会产生电场，同样，恒定的电 场也不会产生磁场； (2)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场， 同样，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的 电场； (3)振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡 的电场，同样，振荡变化的电场在周围空间产 生同频率振荡的磁场．
c 速度不同，即 v＝ ，故选项 A正确、选项B错误；电磁波和 n 机械波都能产生干涉和衍射现象，故选项C错误、选项D正 确．
答案
AD
【变式 4】 (2012· 山东潍坊联考 ) 有关电磁波和 声波，下列说法错误的是 ( )． A ．电磁波的传播不需要介质，声波的传播 需要介质 B ．由空气进入水中传播时，电磁波的传播 速度变小， 声波的传播速度变大 C．电磁波是横波，声波也是横波 D ．由空气进入水中传播时，电磁波的波长 变短，声波 的波长变长
图3－1－3
相关量与电路状态的对应情况
电路状态 时刻 t 电荷量 q 电场能 电流 i 磁场能 a 0 最多 最大 0 0 b T 4 0 0 正向最大 最大 c T 2 最多 最大 0 0 d 3T 4 0 0 反向最大 最大 e T 最多 最大 0 0
电磁场与电磁波基础(第1章)
●法国物理学家 查利· 奥古斯丁· 库仑
（Charles Augustin de Coulomb 1736～1806） 电学是物理学的一个重要分枝，在它的发展过程中，很多 物理学巨匠都曾作出过杰出的贡献。法国物理学家查利· 奥古斯 丁· 库仑就是其中影响力非常巨大的一员。 1785年，库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库 仑定律。同年，他在给法国科学院的《电力定律》的论文中详 细地介绍了他的实验装置，测试经过和实验结果。
我们周围的物理世界中存在着各种各样的场，例 如自由落体现象，说明存在一个重力场；指南针在地 球磁场中的偏转，说明存在一个磁场；人们对冷暖的 感觉说明空间分布着一个温度场等等。 场是一种特殊的物质，它是具有能量的，场中的 每一点的某一种物理特性，都可以用一个确定的物理 量来描述。 当对这些物理量的描述与空间坐标或方向性有关 时，通常需要使用矢量来描述它们，这些矢量在空间 的分布就构成了所谓的矢量场。分析矢量场在空间的 分布和变化情况，需要应用矢量的分析方法和场论的 基本概念。
电磁场与电磁波基础 （第2版）
Fundamentals of Electromagnetic Fields and Waves
电子工业出版社
2013-7-17 电磁场与电磁波基础 1
前
言
电磁场与电磁波理论是近代自然科学中，理论相对最完整 、应用最广泛的支柱学科之一。电磁场与电磁波技术已遍及人 类的科学技术、政治、经济、军事、文化以及日常生活的各个 领域。 人类对电磁现象的认识源远流长，但其知识与应用开始形 成系统化和理论化则始于18世纪，伽伐尼、伏打、高斯、富兰 克林、卡文迪什、库仑等著名科学家对电磁现象所作的卓有成 效的研究启动了电磁世界这一巨轮的运转。 19世纪是电磁研究蓬勃开展的时代，法拉第、欧姆、傅立 叶、基尔霍夫、奥斯特、安培、毕奥、萨伐尔、麦克斯韦、斯 托克斯、汤姆森、赫兹、楞次、雅可比、西门，单单从这些名 字和科学家的阵容，你就可以感受到这一时期的电磁科学取得 了多么辉煌的成就。
电磁波的产生与传播教案
教学目标：1.学生了解电磁波的概念和特点。
2.学生掌握电磁波产生的方式和原理。
3.学生能够了解电磁波的传播特点和应用。
教学内容：一、电磁波的概念和特点电磁波是由电场和磁场交替变化而产生的一种波动现象。
它既有波动性质，也有粒子性质。
电磁波在真空中速度恒为光速，是一种能量传播方式。
二、电磁波的产生方式和原理1.电磁波的辐射产生当电子从高能态跃迁到低能态时，会释放出能量，这部分能量以电磁波的形式辐射出去。
常见的产生电磁波的装置包括：天线、电视、电台等。
2.电磁波的感应产生当磁感线在导体上运动时，会感应出电动势，从而产生电磁波。
常见的产生电磁波的装置包括：微波炉、电磁炉等。
3.电磁波的共振产生当电磁波在一定介质中传播时，若该介质的属性与电磁波的频率一致，则会产生共振现象，并产生电磁波。
常见的产生电磁波的装置包括：激光器、雷达等。
三、电磁波的传播特点和应用1.电磁波的频率分类电磁波被分类为不同频率的波，常见的分类方式有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
2.电磁波的特点（1）速度恒定，远远高于声速。
（2）电磁波在真空中能够传播，不需要媒质进行传递。
（3）电磁波携带能量，能够产生光感。
（4）电磁波的波长和频率决定了它的特性，如能够辐射能量大小，穿透物质的能力等。
3.电磁波的应用（1）无线通讯：通过无线电波传播信息。
（2）雷达：通过微波信号测量目标的位置和速度。
（3）医疗：通过X射线和γ射线来进行透视和治疗。
（4）能源：通过太阳能和风能等电磁波能源来供给电力。
（5）导航：通过GPS定位设备来进行地理位置的定位。
教学方法：讲授 + 实验教学步骤：一、引入问题老师问学生：“你们在通讯中用过哪些设备？这些设备利用了什么原理进行通讯？”二、讲解电磁波的概念和特点通过讲解电磁波的概念和特点，让学生了解电磁波的基本概念。
三、展示电磁波的产生方式和原理通过展示生动的实验视频和示范，让学生了解电磁波的产生方式和产生原理。
电磁场与电磁波理论第1章
1-2
《电磁场与电磁波理论》
基本要求
第1章 矢量分析与场论
◘ 掌握矢量和场的基本概念； ◘ 掌握矢量的代数运算和场量的梯度、散度、旋度
以及拉普拉斯运算； ◘ 了解矢量分析过程中所需的恒等式和基本定理.
1-3
《电磁场与电磁波理论》
三种常用的正交坐标系
第1章 矢量分析与场论
直角坐标系 圆柱坐标系 球面坐标系 几点说明
第1章 矢量分析与场论
矢量与矢量的表示法 矢量的代数运算
1-10
《电磁场与电磁波理论》
矢量与矢量的表示法
第1章 矢量分析与场论
1. 矢量与单位矢量 2. 矢量表示法 3. 位置矢量与距离矢量
1-11
《电磁场与电磁波理论》
1.矢量与单位矢量
第1章 矢量分析与场论
♥ 矢量——在三维空间中的一根有方向的线段. ♥ 该线段的长度 代表该矢量的模, ♥ 该线段的方向 代表该矢量的方向
《电磁场与电磁波理论》
第1章 矢量分析与场论
第1章 矢量分析与场论
主要内容
基本要求
三种常用的正交坐标系
物理量的分类
1.1 矢量的代数运算 1.2 场的微分运算 1.3 矢量的恒等式和基本定理 1.4 常用正交曲线坐标系
1-1
《电磁场与电磁波理论》
主要内容
第1章 矢量分析与场论
电磁理论的一个重要的概念就是关于场的概念.此外, 有很多物理量都是矢量,一些用来描述电磁现象基本规律 的方程也都是矢量函数的微分方程或积分方程.因此,矢 量分析和场论是电磁理论的重要的数学基础.本章仅讨论 在电磁理论中所需要的矢量分析与场论中的基本内容,包 括矢量的基本代数运算和场量的梯度、散度、旋度和拉 普拉斯运算以及矢量场的恒等式和基本定理.最后,还给 出了三种常用坐标系及其梯度、散度、旋度等算子在这 三种坐标系中的表示式.
电磁场与电磁波问题详解
电磁场与电磁波复习材料简答1.简述恒定磁场的性质，并写出其两个基本方程。
.1、答「恒定盛场是连续的场或无散场，即礙感应强度沿任一闭合曲面的积分尊于專。
产生恒定磁场的源是矢量源0 ©分〉两个基本方程：M-^ = 0 （1 分）（写出徹分形式也对）2.试写出在理想导体表面电位所满足的边界条件。
12•答：设理想导体内部电位为0空空气燥质中电位为孙。
由于理想导体表面电场的切冋分量等于零，或者说电场垂直于理想导体表面，因此有仏=妣（3分）=—(T3.试简述静电平衡状态下带电导体的性质。
答：静电平衡状态下，带电导体是等位体，导体表面为等位面；（2分）导体内部电场强度等于零，在导体表面只有电场的法向分量。
（3分）4.什么是色散？色散将对信号产生什么影响？答：在导电媒质中，电磁波的传播速度随频率变化的现象称为色散。
（3分）色散将使信号产生失真，从而影响通信质量。
（2分）5•已知麦克斯韦第二方程为"，试说明其物理意义，并写出方程的积分形式。
答2意义匕随时间变化的磁场可以产生电场。
其和分形式为订事龙二一［罟庖6.试简述唯一性定理，并说明其意义。
答:在静电场中’在给定的边界条件下，拉晋拉斯方程或泊松方程的解是唯一的’这一定理称为唯一性定理. g分）它的意义|给出了定解的充要条件I既满足方程又满足边界条件的解是正确的。
7.什么是群速？试写出群速与相速之间的关系式。
方程的微分形式: VxE = -&B dtii.什么是电磁波的极化？极化分为哪三种？答：电磁波的电场强度矢量的方向随时间变化所描绘的轨迹称为极化。
分为：线极化、圆极化、椭圆极化。
（2分）极化可以12•已知麦克斯韦第一方程为式。
.:D可汇H = J + —ct，试说明其物理意义，并写出方程的积分形答：它表明时变场中械场是由传导电流加位移电溢罟共同产生该方程的积分形式対严"叩+豎■dS答’电磁波包络或能量的传播速度称为群速。
群速％与相速V*的关系式为’V p = J （2分）耳*1一血兀片do&写出位移电流的表达式，它的提出有何意义？悝移电济］,=^位移电流产主磁效应代表了变化的电场能够产主磯场，使&麦克斯韦能够预言电谨场以波的形式恃播、为现代通信打下理论基础-9 •简述亥姆霍兹定理，并说明其意义。
电磁波的基本性质
电磁波的基本性质电磁波是一种能量传播的方式，它是由电场和磁场交替变化而产生的波动现象。
电磁波在真空中的传播速度等于光速，即299,792,458米/秒。
电磁波具有许多基本性质，下面将详细介绍电磁波的基本性质。
1. 波长和频率电磁波的波长（λ）是指波峰到波峰（或波谷到波谷）之间的距离，通常用单位米来表示。
频率（f）是指单位时间内波峰通过的次数，通常用赫兹（Hz）来表示。
波长和频率之间有以下关系：\[ c = f \times \lambda \]其中，c为光速，f为频率，λ为波长。
这个公式表明，波长和频率是成反比的关系，频率越高，波长越短，频率越低，波长越长。
2. 能量和功率电磁波是一种能量传播的形式，它携带着能量。
电磁波的能量与其频率有关，频率越高的电磁波携带的能量越大。
电磁波的功率是指单位时间内通过单位面积的能量，通常用瓦特/平方米（W/m²）来表示。
功率与电磁波的振幅和频率有关，振幅越大，功率越大，频率越高，功率也越大。
3. 极化电磁波是沿着特定方向传播的，这个方向称为电磁波的极化方向。
电磁波可以是线偏振、圆偏振或者不偏振的。
线偏振的电磁波的电场振动方向是固定的，圆偏振的电磁波的电场振动方向沿着一个圆周运动，不偏振的电磁波的电场振动方向是随机的。
4. 反射、折射和衍射电磁波在传播过程中会发生反射、折射和衍射现象。
反射是指电磁波遇到介质边界时，一部分能量返回原来的介质中的现象。
折射是指电磁波从一种介质传播到另一种介质时，传播方向发生改变的现象。
衍射是指电磁波遇到障碍物或孔径时，波的传播方向发生弯曲的现象。
5. 干涉和衍射电磁波在传播过程中会发生干涉和衍射现象。
干涉是指两个或多个波相遇时，互相叠加产生干涉条纹的现象。
衍射是指波遇到障碍物或孔径时，波的传播方向发生弯曲的现象。
6. 光的波粒二象性电磁波具有波动性和粒子性的双重性质，这一性质被称为波粒二象性。
在一些实验中，电磁波表现出波动性，而在另一些实验中，电磁波表现出粒子性。
电磁频谱基础
信息（Information）：信息是要表示和传送的对象（内容）。 消息（Message）：消息是表示信息的媒体，象语言、文字、 图象、符号、声音等。 信号（Signal）：信号是消息的承载者，常常由消息变换而来， 它是与消息对应流）。 3 BY T. LUO
S.F.Li
BUPT
25
无线电频谱分类及其名称
10
无线电频谱分类及其名称
甚高频 VHF 30-300MHz 米波 10-1米（m）
微
波
特高频 超高频
极高频 至 高频
UHF SHF
EHF
300-3000MHz 3-30GHz
30-300GHz 300-3000 GHz
分米波 厘米波
毫米波 亚毫米波 或丝米波
S.F.Li BUPT 15
电磁频谱基础知识
动 画
S.F.Li
BUPT
16
电磁频谱基础知识
平面电磁波向前传播时，电场和磁场 同步变化，电场方向发生改变时，磁 场方向同时发生改变，而波的传播方 向不改变。
某时刻平面电磁波的波形如图 所示。
S.F.Li BUPT 17
电磁波根据频率的不同可以划分为很多形 式， 如无线电波、红外线波、可见光波 、紫外线波、X射线等，这些电磁波分别 使用不同的频率范围。电磁频谱就是这 些不同频率范围的电磁波的总称。表1-1 列举了一些常见的电磁波形式及其对应 的频率范围。
这是二个波动方程
麦克斯韦Maxwell （－1879）
预言电磁波存在
奇妙的电磁波 无线电通信的奠基人
赫兹
12
BY T. LUO
1888年,德国人赫兹用这个火花产生电磁波的装置， 证明了人们怀疑与期待已久的电磁波存在。
第二章之一 电磁波谱与电磁辐射-1
WM = σ T 4
σ: 斯蒂芬－玻尔兹曼常数，5.6697＋－0.00297） ×10－12 Wcm-2K-4
红外装置测试温度的理论根据。
黑体辐射 光谱中最 强辐射对 应的波长
λmax
λmax 与T有何关系?
黑体辐射光谱中最
强辐射的波长λmax
2. 石英的辐 射比黑体 辐射要弱
三、黑体及黑体辐射规律
（一）黑体与黑体辐射 （二）黑体辐射定律 （三）一般辐射体和基尔霍夫定律
三、黑体及黑体辐射规律
（三）一般辐射体和基尔霍夫定律 1、一般物体的发射率
发射率：实际物体的辐射通量密度(M(λ,T))与同 一温度下黑体辐射通量密度Mb(λ, T) 的比值。
9中红外（3.0—6.0μm）
9远红外（6.0—15.0μm）
9超远红外（15—1000μm）
采用热感应方式探测地物本身的辐射，白天、夜间均 可进行，为全天时遥感。
(4) 微波
波长1mm—1m, 分为：毫米波、厘米波 和分米波; 能进行全天时全天候的遥感探测 ;
对某些物质具有一定的穿透能力。
• 波长为0.01—0.4μm； • 碳酸盐岩分布探测、油污染监测； • 臭氧对紫外线的强烈吸收和散射作用，通常探测高度在
2000米以下。
（2） 可见光
• 遥感中最常用的波段； • 不同地物在此波段的图象易于区分。
（3） 红外线
• 波长0.7—1000μm。
9近红外（0.70—3.0μm）
中红外、远红外和 超远红外是产生热 感的原因，所以称 为热红外
2.1 电磁波谱与电磁辐射
一、电磁波与电磁波谱的概念 二、电磁辐射的度量 三、黑体及黑体辐射规律
大学物理 ——波(一)
大学物理 ——波（一）引言概述：波是一种常见的物理现象，在自然界和人类日常生活中都能观察到。
本文旨在介绍大学物理学习中的第一部分——波的基本概念和性质。
通过本文的学习，读者将了解波的定义、波的分类以及波动方程等重要概念，并深入探讨机械波和电磁波的性质以及波的传播规律。
正文：1. 波的概念- 定义：波是一种能量传播的方式，以振动或震动形式传递能量而不传递物质的现象。
- 特点：波具有传播、反射、折射和干涉等特点，能够对物体进行作用。
- 分类：根据振动方向和能量传播方式的不同，波可分为机械波和电磁波两大类。
2. 机械波- 定义：机械波是通过介质（如水、空气等）传播的波动现象。
- 特点：机械波必须依赖介质进行传播，传播速度取决于介质的性质。
- 分类：根据粒子振动方向的不同，机械波可分为横波和纵波两种。
- 性质：机械波具有反射、折射、干涉和衍射等特性。
3. 电磁波- 定义：电磁波是通过电场和磁场相互作用而传播的波动现象。
- 特点：电磁波可以在真空中传播，其传播速度为光速。
- 分类：根据波长和频率的不同，电磁波可分为射线、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
- 性质：电磁波可以反射、折射、干涉和衍射，并具有波粒二象性。
4. 波动方程- 定义：波动方程是描述波动现象的数学表达式。
- 机械波方程：对于一维机械波，波动方程一般表示为∂²u/∂x ² = (1/v²) * ∂²u/∂t²，其中v为波速。
- 电磁波方程：对于电磁波，波动方程一般表示为∇²E - (1/c²) * ∂²E/∂t² = 0，其中c为光速。
5. 波的传播规律- 原理：波的传播遵循赫兹和惠更斯原理。
- 赫兹原理：根据赫兹原理，波会沿着直线传播，且传播方向垂直于波前。
- 惠更斯原理：根据惠更斯原理，波会在达到障碍物或波前边缘时发生衍射，形成新的波前。
电磁波 儿童百科知识
电磁波儿童百科知识全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：电磁波是一种特殊的波动现象，在自然界和人类生活中起着非常重要的作用。
它是由电场和磁场相互作用而产生的一种波动形式，波长范围非常广泛，从长波到短波不等。
电磁波被广泛用于通信、医疗、科研和工业领域，是现代社会不可或缺的一部分。
电磁波的产生和传播：电磁波的产生主要有两种形式：一种是通过加速带电粒子产生，比如电流通过导线产生的电磁波，另一种是由震动的电荷产生，比如天然的辐射现象。
电磁波在空气或真空中传播速度为光速，大约是30万公里每秒，不需要介质传播，可以在真空中传播。
电磁波的分类：根据波长的不同，电磁波可以划分为不同的类型，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
这些不同类型的电磁波在频率和能量上有所不同，对人类的影响也各不相同。
电磁波在医疗领域的应用：电磁波在医疗领域有着广泛的应用，比如X射线用于断骨和检查内部器官，紫外线用于治疗皮肤疾病，电磁波治疗仪用于康复治疗等。
通过电磁波的应用，可以更好地治疗疾病和保障人类健康。
无线电波是电磁波的一种重要形式，在通信领域有着广泛的应用。
通过无线电波，人们可以实现移动通信、广播和卫星通信等功能，极大地方便了人们的生活和工作。
无线电波的频率范围很广，包括短波、中波、长波和超短波等多种类型。
电磁波对人类健康有着一定的影响，不同类型的电磁波对人体的影响也各异。
长时间暴露在高能量的电磁辐射下可能会引起健康问题，比如头痛、疲劳和失眠等。
在使用电磁波设备时要注意安全，减少不必要的辐射暴露。
电磁波是一种重要的自然现象，对人类生活和发展有着深远的影响。
通过了解电磁波的基本知识，我们可以更好地应用电磁波技术，提高生活质量和工作效率。
要注意保护环境和健康，避免不良的电磁辐射对人体造成伤害。
【2000字】第二篇示例：电磁波是一种特殊的波动现象，它具有电场和磁场的振荡。
在物理学中，电磁波具有很多重要的应用，包括通信、医学成像、雷达等。
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1 电磁波基础知识1.1电磁场基本定义交变电磁场的性质在某空间内，任何电荷由于它本身的存在，受有一种与电荷成比例的力，则这空间内所存在的物质，也就是给电荷以作用力的物质称为电场。
如果电场的存在是由于电荷的存在，则这种电场是符合库仑定律的，称为库仑电场。
静止电荷周围所存在的电场，则称为静电场，它是库仑电场的一种特殊情形。
运动电荷受到作用力的空间称为有磁场存在的空间。
而且将这种了称为磁力。
此外，一个变动的磁场产生一个电场，此电场不但存在于变动磁场的范围里，并且还存在于邻近的范围里。
同样，一个变动的电场在发生变动的范围和变动附近的范围里产生一磁场。
可见，不仅电荷可以产生电场，变化的磁场也能产生电场，不仅传导电流可以产生磁场，变化的电场（位移电流）也能产生磁场。
电磁波的性质在空间的一定范围里无论是电或磁的情况有了一个扰动，那么这个扰动就不能被限制在该范围之内。
在该范围里变动的场也在它附近的范围里产生场，这些场又在更外围的空间产生场，于是能量便被传播开来。
当这种现象连续进行时，即有一含有电磁能量的波向外传播电磁波。
电磁发射：从源向外发射电磁能的现象。
电磁环境：存在于给定场所（空间）的所有电磁现象（包括全部时间和全部频谱）的总和。
电磁兼容：设备或系统在其中电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事务构成不能承受的电磁骚扰的能力。
电磁干扰：电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。
近场和远场：我们知道，静电场、静磁场等静态场中是没有近场和远场之分，有场源就有场。
静电荷周围的静电场，是随着与场源距离的增大而成平方反比的关系衰减的；而恒定电流产生的静磁场，则随着与场源距离的增大而成立方反比的关系衰减。
当电磁场由静态场过渡到时变场时，电荷、电流周围依然存在电磁场，称为感应场或近场；此外，还出现一种新的电磁场成分，称为辐射场或远场，它是脱离电荷、电流并以电磁波的形式向外传播的电磁场。
它一旦从电荷、电流等场源辐射出去，就按自身的规律运动，与场源后来的状态没有关系。
感应场或近场是随着与场源距离的增大而成平方反比关系衰减的，而辐射场或远场仅与距离成反比关系衰减。
由于近场离场源较近，其场强要比远场大得多。
随着离天线距离的增加，电场强度和磁场强度迅速减少。
所以，近场的空间不均匀度较大，是一个复杂的非均匀场。
场中包括储存的能量和辐射的能量，有驻波也有行波，等相位面很不规则，电磁波极化不易确定，场强变化梯度大等。
无论场源是电场源还是磁场源，当离场源距离大于λ/2π以后就变成了远场，这里λ为波长。
这时电场和磁场方向垂直并且都和传播方向垂直成为平面电磁波。
电场和磁场的比值为固定值，即波阻抗为120π，等于377欧姆。
由于远场距离场源远，场强一般较弱。
由于电场和磁场随场源的距离成反比衰减，所以比近场的衰减慢的多，因此空间变化梯度小，比较均匀。
总之，近场的电场和磁场之间存在π/2的相位差，由它们构成的平均坡印亭矢量为零，大部分能量在电场和磁场之间，以及场和源之间交换而不辐射，很小一部分能量向外辐射，并在λ/2π距离以外构成远场。
远场的E和H同相位，两者的振幅比为波阻抗。
1.2 电磁兼容常用测量单位A：功率功率的基本单位为瓦（W），即焦耳/秒（J/s）。
为了表示宽的量程范围，常常引用两个相同量比值的常用对数，即分贝（dB）为单位，即P dB=10lg式中P2与P1应采用相同的单位。
应该明确dB仅为两个量的比值，是无量纲的。
B、功率密度有时用空间的功率密度S表示电磁场强度，尤其是在微波波段。
因为在微波波段，测量功率比测量电压容易，而且也具有实际意义。
功率密度的基本单位为W/m2。
常用的单位为mW/cm2或μW/cm2。
C、磁场强度磁场强度虽然在电磁兼容领域中经常使用，但它并非在国际单位制中的具有专门名称的导出单位。
实际工作中，导出单位磁感应强度常被采用，磁通密度的基本单位为特斯拉（T），其定义为 1T=1Wb/m2（26）式中：Wb—磁通量的单位，韦伯。
在过去，磁通密度的单位使用高斯（Gs），现在“高斯”虽已被淘汰，但在实际工作中有时还可能遇到。
1Gs=10-4T=80A/mD、电场强度电场强度简称场强，用来表示：＝/q0如果用文字来表述，就是：某处电场强度矢量为这样一个矢量，其大小等于电荷在该处所受电场力的大小，其方向与正电荷在该处所受电场力的方向一致。
电场强度常用单位是伏特/米（V/m）。
电场强度与功率密度单位换算遵循转换公式：μW/cm2 X 3.7636 → （V/m）22 电磁辐射污染源分类2.1 广播电视发射设备主管部门为各地广播电视局。
辐射特征为大功率定时全向发射，传输信号送至天线辐射出去。
广播包括：中波广播（513－1602KHz）、短波广播（有方向性，3-26MHZ）、调频广播（87－108MHz）。
电视包括：米波电视（48.5－92MHz；167－223MHz）、分米波电视（470－566KHz；606－960MHz）。
2.2 通信、雷达及导航发射设备通信包括短波发射台、微波通信站、地面卫星发射站、移动通信基站、专业通信网站、寻呼通信基站。
雷达导航站主要分布在军事、民航、气象部门。
通信、雷达导航多为定向不定时发射，传输信号同样通过天线辐射出去。
2.3 工、科、医高频设备其特点是伴生电磁辐射产生污染，如热合机及热疗仪等。
这类设备把电转换为热能加以利用，但总伴有电磁辐射产生并泄漏出去，引起工作场所及环境污染。
工业用电磁辐射设备：主要为高频炉（包括高频感应炉、高频粹火炉、高频熔炼炉、高频焊接炉及电子管的排气、烤消、退火、封接、钎焊、半导体的外延、区熔、拉单晶等）、塑料热合机（包括高频热合机、塑料焊接机等）、高频介质加热器、高频烘干机、高频木材烘干机、高频杀菌设备、高频溅射设备、微波破碎机、放电加工机床、各型电火花加工设备（包括高频制模机、线切割机和多头点焊机）等。
医疗用电磁辐射设备：主要为高频理疗机、超短波理疗机、紫外线理疗机、高频透热机（包括热疗癌机、微波电疗机等）、高频烧灼器、微波针灸设备等。
科学研究及其用途电磁辐射设备：主要为电子加速器及各种超声波装置、微波炉、电磁灶等。
2.4 电力系统电磁辐射高压输变电线包括架空输电线和地下电缆；变电站包括发电厂（升压站）和变电站（降压站）。
主管部门为地区电管局和市区供电局2.5 交通系统电磁辐射干扰交通系统电磁辐射干扰包括电气化铁路、轻轨及地下铁道、有轨电车、无轨电车等。
3 电磁辐射测量仪器电磁辐射测量按测量场所分为作业环境、特定公众暴露环境、一般公众暴露环境测量。
按测量参数分为电场强度、磁场强度和电磁场通量密度等的测量。
对于不同的测量应选用不同类型的仪器，以期获得最佳的测量效果。
测量仪器根据测量目的分为非选频式宽带测量仪和选频式辐射测量仪。
3.1 非选频式宽带监测仪器所谓非选频式宽带监测仪器主要是指不进行分频测量，仪器测量值为仪器频率范围内所有频率点上场强的综合值。
特点是携带方便、测量简便，适用于一般环境的测量。
其工作原理见《辐射环境保护管理导则—电磁辐射监测仪器和方法》（HJ/T10.2—1996）3.2 选频式测量仪应用该类仪器可对不同频率场强进行分频测量，这类仪器用于环境中低电平电场强度、电磁兼容、电磁干扰测量。
对环境电磁辐射测量主要包括两种，一种是场强仪（或称干扰场强仪），一种是频谱仪和接收天线组成的测量系统。
其工作原理见《辐射环境保护管理导则—电磁辐射监测仪器和方法》（HJ/T10.2—1996）根据具体监测需要，可选择不同量程、不同频率范围的监测仪器，仪器选择的基本要求是能够覆盖所监测的频率，量程、分辨率能够满足测量要求。
3.3 工频电磁辐射仪工频辐射仪器主要是进行工频电、磁场的监测，是电磁辐射测量的重要组成部分。
4 电磁辐射环境质量测量方法4.1 测量条件（1）气候条件气候条件应符合行业标准和仪器标准中规定的使用条件。
测量记录表应注明温度、相对湿度。
建议在晴天，温度4℃以上，相对湿度小于75%，风力小于3级的气候条件下测量。
（2）测量高度取离地面1.7－2m高度。
也可根据不同目的，选择测量高度。
建议地面测量时，测量高度取1.7米，测量高层建筑时，在阳台或室内选点测量。
（3）测量频率取电场强度测量值>50dBμV/m的频率作为测量频率。
（4）测量时间基本测量时间为5:00－9:00，11:00－14:00，18:00－23:00城市环境电磁辐射的高峰期。
每个测点连续测量5次，每次测量时间大于15秒，连续测量6分钟，并读取稳定状态的最大值。
测量读数起伏过大时可适当延长测量时间。
4.2 布点方法对整个城市电磁辐射测量时，根据城市测绘地图，将全区划分为1X1km或2X2km小方格，取方格中心为测量位置。
对城市进行环境质量监测布点时，也可依照城市区划、重点电磁辐射污染行业集中区、城市功能区等方面因素综合考虑进行选点。
5 电磁辐射设施周围辐射环境测量方法5.1 测量条件同6.4.15.2 布点方法对典型辐射体，可以以辐射体为中心，按间隔45度八个方位为测量线，每条线上选取距场源分别30、50、100m等不同距离定点测量，测量范围根据实际情况确定。
拟定监测方案如表1和表2表1 电磁辐射环境质量监测方案监测对象测量项目监测点数监测频次备注电磁辐射场强(dBμV/m)(使用选频式测量仪)2 1次/年1、住宅区、商业区各1点；2、频率范围：0.15MHz—3GHz3、取大于35dB的值；4、检波:采用峰值最大值保持或准峰值检波；5、步长:取中频带宽的1/2；6、历次监测时间:9:00—12:00功率密度(μW/cm2)(使用非选频式测量仪)4 1次/年1、住宅区、商业区、工业区、交通干线各1点；2、频率范围：0.15MHz—3GHz；3、历次监测时间:9:00—12:00表2 电磁辐射设施周围辐射环境监测方案监测对象名称地点单位监测项目监测点位监测频次监测点数电视调频广播发射塔(30—1000MHz)综合场强发射塔至周边1000m—2000m范围内环境敏感建筑物面对发射塔一侧；场强最大点1次/年 2中短波广播及短波通信发射台(0.3—30MHz)综合场强同上1次/年 2110kV及以上输电线工频电场工频磁场最大弧垂下方1次/年10110kV及以上变电站工频电场工频磁场变电站围墙外高压线进、出点；主变压器最近点1次/年 2雷达、微波中继站、卫星地球站(300MHz以上)综合场强天线主波瓣方向敏感点1次/年 1移动通信基站(寻呼通信、专业网通信、移动电话)(100—3000MHz)综合场强选有代表性的基站3—5个；天线周边100m范围内环境敏感点1次/年3-5工科医高频设备综合电场强度磁场强度设施外公众可到达地点；敏感点及场强最大点1次/年 3。