电磁波的基本特性

2022-07-26 14:54:34 admin 5

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电磁辐射的特征在于广泛的波长和频率范围,每一种都与特定的强度(或幅度)和能量数量相关。这个交互式教程探讨了频率、波长和能量之间的关系,并使参观者能够调整辐射强度并使波运动。

本教程使用出现在窗口中的可见光波进行初始化,该光波的波长为 650 纳米(红光),振幅为 61 坎德拉。教程中与波相关的能量出现在窗口下方,以kJ/mole为单位。要调整波的波长(同时调整频率),请将“波长”或“频率”滑块向左或向右平移。随着滑块的重新定位,新的波长和频率值出现在滑块上方,波浪颜色发生变化以匹配与波长关联的可见光值,与波浪关联的能量显示在教程窗口下方。波的幅度可以用幅度调整滑块,由此产生的强度值将出现在滑块上方,以坎德拉为单位测量。要停止波的传播,请单击教程窗口右下方的“传播停止”按钮。可以通过再次单击按钮重新启动波浪,当波浪停止时,该按钮会变为开始按钮。

电磁波以与电场和磁场矢量的振动成直角的方向移动或传播,将能量从其辐射源传送到未确定的*终目的地。这两个场相互垂直。按照惯例,为了简化说明,表示电磁波的电场和磁场振荡场的矢量通常被省略,尽管它们被理解为仍然存在。

无论是从广播电台传输到无线电,从烤箱、熔炉或壁炉发出的热量,牙齿的X射线,还是从太阳发出的可见光和紫外线,各种形式的电磁辐射都共享基波-像属性。每种形式的电磁辐射,包括可见光,都以周期性方式振荡,具有波峰和波谷,并显示出定义辐射方向、能量和强度的特征幅度波长频率。

所有电磁辐射的标准单位是波长的大小(在真空中),对于光谱的可见光部分,通常以纳米为单位报告。每纳米代表千分之一微米,通过两个连续峰之间的距离来测量(见图 1)。辐射波的相应频率,即每秒通过给定点的正弦周期(振荡或完整波长)的数量,与波长的倒数成正比。频率通常以赫兹Hz ) 或每秒周期数 ( cps ) 为单位测量)。因此,较长的波长对应于较低频率的辐射,而较短的波长对应于较高频率的辐射。

各种形式的电磁辐射的不同波长和频率基本相似,因为它们都以相同的速度传播——大约每秒 186,000 英里(约每秒 300,000 公里),通常称为光速(并用变量c )。电磁辐射(包括可见光)在大约 8 分钟内从太阳传播到地球 1.49 亿公里(9300 万英里)。相比之下,一辆时速 100 公里(每小时 60 英里)的汽车需要 177 年才能完成同样的单程旅行。光在一秒钟内就可以绕地球七圈。

光的波长以及所有其他形式的电磁辐射都通过一个相对简单的方程式与频率相关:

ν = c / λ

其中c是光速(以米每秒为单位测量),ν是以赫兹 (Hz) 为单位的光频率,λ是以米为单位测量的光的波长。从这一关系可以得出结论,光的波长与频率成反比。频率的增加会导致光的波长成比例地减少,同时构成光的光子的能量也会相应增加。进入新介质(例如空气中的玻璃或水)后,光的速度和波长会降低,但频率保持不变。