四、电磁波

电磁波的产生 从麦克斯韦的电磁场理论可以知道：如果在空间某处发生了变化的电场，就会在空间引起变化的磁场，这个变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样，变化的电场和磁场并不局限于空间某个区域，而要由近及远向周围空间传播开去。电磁场这样由近及远地传播就形成电磁波。

在图 7－1 所示的振荡电路中有振荡电流时，会产生周期性变化的电场和磁场，因而会激起电磁波向外传播(图 7-7)。电磁波的周期和频率等于激起电磁波的振荡电流的周期和频率。

电磁波的特点 图 7－8 表示做正弦变化的电场或磁场所引起的电磁波在某一时刻的波的图象。波峰表示在该点的电场强度 E 或磁感强度 B 在正方向具有最大值，波谷表示在该点的 E 或 B 在反方向具有最大值。两个相邻的波峰(或波谷)之间的距离等于电磁波的波长。

在传播方向上的任一点，E 和 B 都随时间作正弦变化，E 的方向平行于 x 轴，B 的方向平行于 y 轴，它们彼此垂直，而且都跟波的传播方向垂直， 因此电．磁．波．是．横．波．。

电磁波在空间以一定的速度传播。图 7－9 表示经过一个周期 T 电磁波向前传播的情形。可以看出，经过一个周期 T，电磁波传播的距离等于波长λ。我们学过的波长、频率(或周期)和波速之间的关系，即 v＝λ/T＝ λf，对电磁波也完全适用。

麦克斯韦从理论上预见：电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，即电磁波在真空中的传播速度 c＝3.00×10⁸ 米／秒。从理论上发现电磁波以光速传播，这是物理学史上最伟大的成就之一。后面学到光的本性时还要提到这一点。

从场的观点来看，必须把场看作能量的贮存场所。电场贮存电能，磁场贮存磁能，电磁场贮存电磁能。电磁波的发射过程就是辐射能量的过程。电磁波在空间传播，电磁能就随着一起传播。

麦克斯韦从理论上预见电磁波的存在以后，过了 20 多麦克斯韦从理论

上预见电磁波的存在以后，过了 20 多年，在 1888 年，德国物理学家赫兹(1857—1894)第一次用实验证实了电磁波的存在。赫兹还测定了电磁波的波长和频率，得到电磁波的传播速度，证实这个速度等于光速。赫兹还用实验证明，电磁波跟所有波动一样，能产生反射、折射、衍射、干涉等现象，从而充分证实了麦克斯韦的电磁场理论。现在，麦克斯韦的理论已经成为无线电技术的基础。

无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波。无线电波的波长从几毫米到几十千米。通常根据波长或频率把无线电波分成几个波段，如下表所示。

电磁波与机械波有本质的不同。前者是电磁现象，后者是力学现象。机械波要靠介质来传播，电磁波的传播则不需要靠别的物质作介质，在真空中也可以传播。但二者具有波动的共性。机械波是位移这个物理量随时间和空间做周期性的变化，电磁波则是 E 和 B 这两个物理量随时间和空间做周期性的变化。二者都能产生反射、折射、衍射和干涉等现象。

练习二

1. 从地球向月球发射电磁波，经过多长时间才能在地球上接收到反射回来的电磁波？(地球到月球的距离为

   3.84×10⁵ 千米)

2. 我国第一颗人造地球卫星采用20.009 兆赫和19.995

   兆赫的频率发送无线电信号。这两种频率的电磁波的波长各是多少？光速为2.9979×10⁸ 米/秒。

3. 一般收音机在中波波段接收的波长范围由 560.7 米到 186.9

   米，它接收的频率范围有多大？