電磁振蕩與電磁波

田宇翔

摘要：電磁波是近代物理學(xué)上最偉大的發(fā)現(xiàn)之一，本文著重介紹了電磁振蕩的特點，由于變化的電磁場的傳播形成電磁波，電磁波的特點以及電磁波的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電磁振蕩 電磁波 電磁場

電磁振蕩是指其工作的過程在電路里產(chǎn)生中的，線圈通過的電流、電容器極板上的核電荷數(shù)、電容器產(chǎn)生的電場強度、線圈的磁感應(yīng)強度以及、電場能都發(fā)生周期性的變化，我們把此現(xiàn)象稱作電磁振蕩。電磁振蕩會產(chǎn)生振蕩電流，有電流的產(chǎn)生就會形成磁場，磁場又會反過來產(chǎn)生電流，以此變化。變化的磁場和電場兩者形成了一個統(tǒng)一的能量場稱為電磁場。電磁波就是由于周期性變化的電磁場傳播而形成的。論文以電磁振蕩的特性、電磁波的特點、電磁波的應(yīng)用三方面為主要內(nèi)容來進行探究。

一、電磁振蕩的特點

電磁振蕩產(chǎn)生大小和方向做周期性變化的振蕩電流，我們把產(chǎn)生振蕩電流的回路成為LC振蕩回路。（如圖所示）。電磁振蕩過程主要包括以下幾方面特點：

首先電磁振蕩過程會出現(xiàn)兩種現(xiàn)象：電容器的充放電和線圈的自感現(xiàn)象；同時伴隨著兩種能量：電場能和磁場能，電場能貯存于電容器內(nèi)，由極板上電荷量多少決定。磁場能，貯存于線圈內(nèi)，由電路中的電流強度決定。我們把振蕩過程中的物理量分為兩組，一組是電流強度、磁感強度和磁場能，它們同時增大，同時減小，同時最大，同時為零，一組是電荷量、電容器兩極板間電壓、電場強度、線圈的感應(yīng)電動勢和電場能，它們同時增大，同時減小，同時最大，同時為零。但是這兩組物理量異步，即一組增大，另一組就減小，一組最大，另一組就為零。

電磁正當有兩種過程：充電過程和放電過程，兩過程循環(huán)交疊。充電過程：電容器上的電荷量在增加，回路中電流在減小，磁場能轉(zhuǎn)化為電場能；充電完畢（放電開始）：電荷量最大，電場能達到最大，回路中電流i=0， 磁場能為零。充電時線圈相當于電源。放電過程：電容器上的電荷量在減少，回路中電流在增加，電場能在向磁場能轉(zhuǎn)化。放電完畢（充電開始）：電荷量為零，電場能為零，回路中電流達到最大，磁場能達到最大。放電時，電容器相當于電源。

二、電磁波的特點

克斯韋首先根據(jù)變化的磁場產(chǎn)生電場第一個假想出會不會有電磁波的存在，幾十年后赫茲用實驗證明了這個結(jié)論。電磁波是由于電場和磁場相互激發(fā)而產(chǎn)生的。電磁波主要有以下三個等特點：

第一特點電磁波是一種橫波。橫波是場的方向和波的傳播方向相垂直的波，電磁波就是場及其傳出的方向相垂直。電磁波同振動波一樣都有幾個主要的參數(shù)波長、振幅、頻率。振幅與頻率、波長無關(guān)。電磁波的能量與振幅的二次方成正比，能量越大，振幅越大。電磁波根據(jù)波長的長短可以分為無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外光、X-射線和伽馬射線等等。雖然各種電磁波真實存在但是只有可見光是人眼能夠看到的。

第二是電磁波的傳播速度與光速一樣均為3.0×108m/s，電磁波具有波粒二象性，電磁波的波長與光子能量成反比，電磁波波長越長，繞射能力越大，沿地面?zhèn)鞑ピ竭h，例如我們的無限電波傳送的范圍就特別的廣，常用于遠距離通信。波長越短光子能量越大，其穿透力越強，如我們醫(yī)學(xué)上用X-射線來診斷身體內(nèi)部的疾病。

第三是電磁波的傳播不需要介質(zhì)，它可以在真空中傳播，這也是電磁波不同于機械波的一個方面。波長相同的電磁波，在不同的介質(zhì)中傳播的速度不同，如同樣是可見光在固體和氣體中傳播的速度就不一樣。在同一介質(zhì)中，波長不同，傳播的速度也不相同。電磁波傳播速度的大小還跟介質(zhì)的均勻度有關(guān)，介質(zhì)均勻，傳播速度越快。不同波長穿越障礙物的能力也不同，波長越長的電磁波越容易繞過障礙物繼續(xù)傳播。再者電磁波的速度還和頻率有關(guān)，這也是電磁波與機械波不同的地方。

三、電磁波的應(yīng)用

由于電磁波的波長范圍大且電磁波的特點，電磁博得應(yīng)用非常廣泛。如我們經(jīng)常接觸到的手機、電腦等無線電波通信；波長常的電磁波傳播范圍廣，用作長距離通信，例如無線電波通信、紅外線波主要用于用于電視電器遙控等?？梢姽馐俏覀兾ㄒ挥萌庋劭梢钥吹降碾姶挪ǎ梢杂^察世間萬物；波長比可見光短能量較高的紫外線用于醫(yī)用消毒殺菌，驗證假鈔，測量距離等；X射線用于醫(yī)療影像，工程上的探傷等；伽瑪射線用于治療，使原子發(fā)生躍遷從而產(chǎn)生新的射線等。

四、結(jié)語

電磁波的發(fā)現(xiàn)具有劃時代的意義，極大的推動了科技的發(fā)展。電磁波的發(fā)現(xiàn)在近代物理學(xué)上具有里程碑的作用?，F(xiàn)在電磁波已經(jīng)滲入到我們生活的方方面面，包括我們?nèi)庋劭吹降囊磺惺挛锒际怯捎诘厍虻碾姶艌霎a(chǎn)生的電磁波，電磁波的有效利用給我們?nèi)祟愄峁┝吮憬?，但是我們亦?yīng)該給予重視日趨嚴重電磁輻射，減少其對人體的傷害。

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