神奇的电磁波

神奇的电磁波
——《改变世界的物理学》结课论文
通过对《改变世界的物理学》一个学期的学习，在周老师的精心讲解下，我重拾起高中时代学习物理的热情。

高中时期，作为一个文科生，我最喜欢的理科科目就是物理，虽然我不能像理科生一样能够跟着老师较为深入地学习物理知识，但是我对于自己所接触的物理学现象很感兴趣并想去了解原因。

我最感兴趣的是光的现象，最让我觉得神秘的是地外文明，最让我觉得奇妙的是电磁波。

我很喜欢周老师生动有趣的课堂，每次课上老师会给我们看一些物理实验的简短视频，其中有不少搞笑的趣味十足的视频，让我们在愉快的气氛中学习。

老师广博的知识让我钦佩不已，在课堂上总能滔滔不绝地向我们讲述各种见闻，让我受益匪浅。

下面我主要想探讨一下电磁波的发现与实际应用，啊！电磁波！多么神奇，它为我们的生活带来了便利！接下来，让我们一起走进电磁波的海洋。

1.什么是电磁波？
电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。

电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X-射线和伽马射线等等。

人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在380至780纳米之间，称为可见光。

只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。

电磁波是电磁场的一种运动形态。

电与磁可说是一体两面，电流会产生磁场，变动的磁场则会产生电流。

变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，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，也常称为电波。

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。

正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样，人们也看不见无处不在的电磁波。

电磁波就是这样一位人类素未谋面的“朋友”。

2.电磁波的发现。

说到电磁波的发现，就不得不介绍一个人，他就是著名的英国物理学家麦克斯韦。

麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家。

他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。

这一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。

爱因斯坦对麦克斯韦给予了很高的评价：1931年爱因斯
坦在麦克斯韦生辰百年纪念会上曾指出：麦克斯韦的工作“是牛顿以来，物理学最深刻和最富有成果的工作”。

麦克斯韦做了无数实验，不断反思总结，他推断：如果在空间某区域有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就会在空间引起变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场……于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，一个伟大的预言诞生了——空间可能存在电磁波．对电磁波做出突出贡献的另一位伟大的科学家是赫兹，赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象，他还测量出电磁波和光有相同速度。

这样，赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论。

3.电磁波的实际应用。

（1）无线电波。

无线电波进行调制后就载有各种信息，用来通信。

无线电广播与电视都是利用电磁波来进行的。

在无线电广播中，人们先将声音信号转变为电信号，然后将这些信号由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播。

而在另一地点，人们利用接收机接收到这些电磁波后，又将其中的电信号还原成声音信号，这就是无线广播的大致过程。

而在电视中，除了要像无线广播中那样处理声音信号外，还要将图像的光信号转变为电信号，然后也将这两种信号一起由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播，而电视接收机接收到这些电磁波后又将其中的电信号还原成声音信号和光信号，从而显示出电视的画面和喇叭里的声音。

（2）微波。

微波是波长较无线电波短的电磁波，传播时直线性好用来作为雷达波红外线用于遥控、热成像仪、红外制导导弹。

雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。

雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。

雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。

雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。

天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。

电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。

天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。

由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。

接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。

为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。

根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离。

微波频率接近食物的固有频率，容易引起食物分子共振，所以有微波炉。

微波炉的磁控管将电能转化为微波能，当磁控管以2450MHZ 的频率发射出微波能时，置于微波炉炉腔内的水分子以每秒钟24.5 亿千次的变化频率进行振荡运行，产生高频电磁场的核心元件是磁控管。

食物分子在高频磁场中发生震动，分子间相互碰撞、磨擦而产生热能，结果导致食物被加热。

微波炉正是利用这一加热原理来进行食物的烹饪。

微波是一种电磁波，这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多，这种肉眼看不见的微波，能穿透食物达5cm 深，并使食物中的水分子也随之运动，剧烈的运动产生了大量的热能，于是食物“煮”熟了。

这就是微波炉加热的原理。

（3）X光。

X光是一种有能量的电磁波或辐射，是原子核内层电子受激发发出的光,频率比紫外高.x光的穿透力随密度的不同而不同,当高速移动的电子撞击任何形态的物质时，X光便有可能发生。

在医学上X光用来投射人体器官及骨骼形成影象，用来辅助诊断，工程上的探伤的应用.
（4）伽马射线。

伽马射线的穿透能力很强应用于化疗,工程探伤,育种等。

随着科技的发展，电磁波已经在我们的生活中起到了越来越重要的作用，如能量的改变以及信息的传递等，成为了不可或缺的角色，随着研究的不断深入，电磁波也将会为我们的生活带来更多的便利。