电磁波(电磁辐射)_Geoinformatics_新浪博客

电磁波(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{jd1}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{jd1}零度的物体。

电磁波图谱
电磁波简介
  电磁波(Electromagnetic wave):(又称:电磁辐射、电子烟雾)是能量的一种。
  定义:
  从科学的角度来说,电磁波是能量的一种,凡是高于{jd1}零度的物体,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,除光波外,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”。
  产生
  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[1],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。
  性质
  电磁波频率低时,主要借由有形的导电体才能传递。原因是在低频的电振荡中,磁电之间的相互变化比较缓慢,其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去;电磁波频率高时即可以在自由空间内传递,也可以束缚在有形的导电体内传递。在自由空间内传递的原因是在高频率的电振荡中,磁电互变甚快,能量不可能全部返回原振荡电路,于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去,不需要介质也能向外传递能量,这就是一种辐射。举例来说,太阳与地球之间的距离非常遥远,但在户外时,我们仍然能感受到和煦阳光的光与热,这就好比是“电磁辐射借由辐射现象传递能量”的原理一样。
  电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。振幅沿传播方向的垂直方向作周期xx变,其强度与距离的平方成反比,波本身带动能量,任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。
  其速度等于光速c(每秒3×10的8次方米)。在空间传播的电磁波,距离最近的电场(磁场)强度方向相同,其量值{zd0}两点之间的距离,就是电磁波的波长λ,电磁每秒钟变动的次数便是频率f。三者之间的关系可通过公式c=λf。
  通过不同介质时,会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等等。电磁波的传播有沿地面传播的地面波,还有从空中传播的空中波以及天波。波长越长其衰减也越少,电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。机械波与电磁波都能发生折射\反射\衍射\干涉,因为所有的波都具有波粒两象性.折射\反射属于粒子性;衍射\干涉为波动性。
  能量
  电磁波的能量大小由坡印廷矢量决定,即S=E×H,其中s为坡印庭矢量,E为电场强度,H为磁场强度。E、H、S彼此垂直构成右手螺旋关系;即由S代表单位时间流过与之垂直的单位面积的电磁能,单位是瓦/平方米。
电磁波的计算
  c=λf
  c:光速(这是一个常量,约等于3×10^8m/s) 单位:m/s
  f:频率(单位:Hz,1MHz=1000kHz=10×10^6Hz)
  λ:波长(单位:m)
电磁波的发现
  1864年,英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上,建立了完整的电磁波理论。他断定电磁波的存在,推导出电磁波与光具有同样的传播速度。 1887年德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。之后,人们又进行了许多实验,不仅证明光是一种电磁波,而且发现了更多形式的电磁波,它们的本质xx相同,只是波长和频率有很大的差别。
电磁波谱
  按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来,就是电磁波谱。如果把每个波段的频率由低至高依次排列的话,它们是工频电磁波、无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线。以无线电的波长最长,宇宙射线的波长最短。
  无线电波 3000米~0.3毫米。(微波 0.1~100厘米)
  红外线 0.3毫米~0.75微米。(其中:近红外为0.76~3微米,中红外为3~6微米,远红外为6~15微米,超远红外为15~300微米)
  可见光 0.7微米~0.4微米。
  紫外线 0.4微米~10毫微米
  X射线 10毫微米~0.1毫微米
  γ射线 0.1毫微米~0.001毫微米
  高能射线 小于0.001毫微米
  传真(电视)用的波长是3~6米;雷达用的波长更短,3米到几毫米。
电磁辐射
  广义的电磁辐射通常是指电磁波频谱而言。狭义的电磁辐射是指电器设备所产生的辐射波,通常是指红外线以下部分。
  电磁辐射是传递能量的一种方式,辐射种类可分为三种:
  游离辐射
  有热效应的非游离辐射
  无热效应的非游离辐射
  基地台电磁波 绝非游离辐射波


电磁波的特性
  与声波和水波相似,电磁波具有波的性质。可以发生折射等现象。它的速度,波长,频率之间满足关系式:
  速度=波长×频率。
电磁波的应用
  电磁波为横波,可用于探测、定位、通信等等。
  电磁波谱(波长从长到短)是无线电波,微波,红外线,可见光,紫外线,伦琴射线(X射线),伽玛射线.
  应用:
  ◆无线电波用于通信等
  ◆微波用于微波炉
  ◆红外线用于遥控、热成像仪、红外制导导弹等
  ◆可见光是所有生物用来观察事物的基础
  ◆紫外线用于医用xx,验证xx,测量距离,工程上的探伤等
  ◆X射线用于CT照相
  ◆伽玛射线用于xx,使原子发生跃迁从而产生新的射线等.
  ◆无线电波。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。
  电磁波的电场(或磁场)随时间变化,具有周期性。在一个振荡周期中传播的距离叫波长。振荡周期的倒数,即每秒钟振动(变化)的次数称频率。
  很显然,波长与频率的乘积就是每秒钟传播的距离,即波速。令波长为λ,频率为f,速度为V,得: λ=V/f波长入的单位是米(m),速度的单位是米/秒(m/sec),频率的单位为赫兹(Hertz,Hz)。整个电磁频谱,包含从电波到宇宙射线的各种波、光、和射线的集合。不同频率段落分别命名为无线电波(3KHz—3000GHz)、红外线、可见光、紫外线、X射线、丫射线和宇宙射线。在19世纪末,意大利人马可尼和俄国人波波夫同在1895年进行了无线电通信试验。在此后的100年间,从3KHz直到3000GHz频谱被认识、开发和逐步利用。根据不同的持播特性,不同的使用业务,对整个无线电频谱进行划分,共分9段:甚低频(VLF)、低频(LF)、中频(MF),高频(HF)、甚高频(VHF)\特高频(uHF)\超高频(sHF)\极高频(EHF)和至高频,对应的波段从甚(超)长波、长波、中波、短波、米波、分米波、厘米波、毫米波和丝米波(后4种统称为微波)。见下表。无线电频谱和波段划分
  段号 频段名称 频段范围(含上限不含下限) 波段名称 波长范围(含上限不含下限)
  1 甚低频(VLF) 3~30千赫(KHz) 甚长波 100~10km
  2 低频(LF) 30~300千赫(KHz) 长波 10~1km
  3 中频(MF) 300~3000千赫(KHz) 中波 1000~100m
  4 高频(HF) 3~30兆赫(MHz) 短波 100~10m
  5 甚高频(VHF) 30~300兆赫(MHz) 米波 10~1m
  6 特高频(UHF) 300~3000兆赫(MHz) 分米波 微波 100~10cm
  7 超高频(SHF) 3~30吉赫(GHz) 厘米波 10~1cm
  8 极高频(EHF) 30~300吉赫(GHz) 毫米波 10~1mm
  9 至高频 300~3000吉赫(GHz) 丝米波 1~0.1mm

 

 

电磁场定义
      有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体和总称 。随时间变化的电场产生磁场,随时间变化的磁场产生电场,两者互为因果,形成电磁场。电磁场可由变速运动的带电粒子[1]引起,也可由强弱变化的电流引起,不论原因如何,电磁场总是以光速向四周传播,形成电磁波。电磁场是电磁作用的媒递物,具有能量和动量,是物质存在的一种形式。电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程组确定。

电磁场与电磁波
  电磁场由近及远的传播形成电磁波
  随时间变化着的电磁场。时变电磁场与静态的电场和磁场有显著的差别,出现一些由于时变而产生的效应。这些效应有重要的应用,并推动了电工技术的发展。
  M.法拉第提出的电磁感应定律表明,磁场的变化要产生电场。这个电场与来源于库仑定律的电场不同,它可以推动电流在闭合导体回路中流动,即其环路积分可以不为零,成为感应电动势。现代大量应用的电力设备和发电机、变压器等都与电磁感应作用有紧密联系。由于这个作用。时变场中的大块导体内将产生涡流及趋肤效应。电工中感应加热、表面淬火、电磁屏蔽等,都是这些现象的直接应用。

研究过程
  继法拉第电磁感应定律之后,J.C.麦克斯韦提出了位移电流概念。电位移来源于电介质中的带电粒子在电场中受到电场力的作用。这些带电粒子虽然不能自由流动,但要发生原子尺度上的微小位移。麦克斯韦将这个名词推广到真空中的电场,并且认为;电位移随时间变化也要产生磁场,因而称一面积上电通量的时间变化率为位移电流,而电位移矢量D的时间导数(即дD/дt)为位移电流密度。它在安培环路定律中,除传导电流之外补充了位移电流的作用,从而总结出完整的电磁方程组,即xx的麦克斯韦方程组,描述了电磁场的分布变化规律。
  电磁辐射麦克斯韦方程表明,不仅磁场的变化要产生电场,而且电场的变化也要产生磁场。时变场在这种相互作用下,产生电磁辐射,即为电磁波。这种电磁波从场源处以光速向周围传播,在空间各处按照距场源的远近有相应的时间滞后现象。电磁波还有一个重要特点,它的场矢量中有与场源至观察点间的距离成反比的分量。这些分量在空间传播时的衰减远较恒定场为小。按照坡印廷定理,电磁波在传播中携有能量,可以作为信息的载体。这就为无线电通信、广播、电视、遥感等技术开阔了道路。
  似稳电磁场时变场中不同于静态场的上述一些现象,其显著程度都与频率的高低及设备的尺寸紧密相关。按照实际需要,在容许的近似范围内,对时变场的部分过程可以当作恒定场处理,称之为似稳电磁场或准静态场。这种方法使分析工作大为简化,在电工技术中是行之有效的方法,已为人们所广泛采用。
  交变电磁场与瞬变电磁场时变电磁场还可以进一步分为周期变化的交变电磁场及非周期性变化的瞬变电磁场。对它们的研究在目的上和方法上有一些各自的特点。交变电磁场在单一频率的正弦式变化下,可采用复数表示以化简计算,在电力技术及连续波分析中应用甚多。瞬变电磁场又称脉冲电磁场,覆盖的频率很宽,介质或传输系统呈现出色散特性,往往需要采取频域、或时序展开等方法进行分析。
  一项新研究发现,电脑、打印机及其他办公设备产生的“电子烟雾”(即电磁场、电磁辐射),可能使员工置身于污染物和xx水平更高的工作环境中。
  由英国伦敦帝国理工大学完成的这项新研究,调查了在工作中因长时间使用电子设备而产生xx等健康问题的员工。尽管老板们对此很不屑,但新研究表明,这些电磁场会
  损害健康。
  人们对“电子烟雾”可能对健康产生危害的担心由来已久。去年,英国牛津儿童癌症研究中心报告说,居住在距离高压线200米范围内的儿童罹患白血病的危险,比那些居住在距离高压线600米开外地区的孩子高69%。家电和办公设备产生的低压,也会产生同样的影响。
  伦敦帝国理工大学的基思·牙米森,绘制出了典型办公室的电磁场图。他说:“电磁场对空气具有很大的影响,人们的皮肤和肺也会受到电磁场的影响。电磁场会增加人体内的毒素量,污染物的危险和感染的危险随之增加。”
  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。
  电与磁可说是一体两面,变动的电会产生磁,变动的磁则会产生电。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,而其每秒钟变动的次数便是频率。当电磁波频率低时,主要藉由有形的导电体才能传递;当频率渐提高时,电磁波就会外溢到导体之外,不需要介质也能向外传递能量,这就是一种辐射。举例来说,太阳与地球之间的距离非常遥远,但在户外时,我们仍然能感受到和勋阳光的光与热,这就好比是「电磁辐射藉由辐射现象传递能量」的原理一样。

分类
  电磁辐射是传递能量的一种方式,辐射种类可分为三种:
  游离辐射
  有热效应的非游离辐射
  无热效应的非游离辐射
  基地台电磁波 绝非游离辐射波
  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”。电磁波是电磁场的一种运动形态。在高频电磁振荡的情况下,部分能量以辐射方式从空间传播出去所形成的电波与磁波的总称叫做“电磁波”。在低频的电振荡中,磁电之间的相互变化比较缓慢,其能量几乎全部反回原电路而没有能量辐射出去。然而,在高频率的电振荡中,磁电互变甚快,能量不可能全部反回原振荡电路,于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去。电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。电磁波的传播有沿地面传播的地面波,还有从空中传播的空中波。波长越长的地面波,其衰减也越少。电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。中波或短波等空中波则是靠围绕地球的电离层与地面的反复反射而传播(电离层在离地面50~400公里之间)。振幅沿传播方向的垂直方向作周期xx变,其强度与距离的平方成反比,波本身带动能量,任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。其速度等于光速(每秒3×1010厘米)。光波就是电磁波,无线电波也有和光波同样的特性,如当它通过不同介质时,也会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等等。在空间传播的电磁波,距离最近的电场(磁场)强度方向相同和量值{zd0}两点之间的距离,就是电磁波的波长。电磁波的频率γ即电振荡电流的频率,无线电广播中用的单位是千赫,速度是c.根据λγ=c,求出λ=c/γ.
  电可以生成磁,磁也能带来电,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,所以电磁波也常称为电波。 1864年,英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上,建立了完整的电磁波理论。他断定电磁波的存在,推导出电磁波与光具有同样的传播速度。 1887年德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。之后,人们又进行了许多实验,不仅证明光是一种电磁波,而且发现了更多形式的电磁波,它们的本质xx相同,只是波长和频率有很大的差别。按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来,就是电磁波谱。如果把每个波段的频率由低至高依次排列的话,它们是工频电磁波、无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线及r射线。
  用的波长在10~3000米之间,分长波、中波、中短波、短波等几种。传真(电视)用的波长是3~6米;雷达用的波长更短,3米到几厘米。电磁波有红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。各种光线和射线,也都是波长不同的电磁波。其中以无线电的波长最长,宇宙射线的波长最短。
  无线电波 3000米~0.3毫米。
  红外线 0.3毫米~0.75微米。
  可见光 0.7微米~0.4微米。
  紫外线 0.4微米~10毫微米
  X射线 10毫微米~0.1毫微米
  γ射线 0.1毫微米~0.001毫微米
  宇宙射线 小于0.001毫微米

电磁辐射
  广义的电磁辐射通常是指电磁波频谱而言。狭义的电磁辐射是指电器设备所产生的辐射波,通常是指红外线以下部分。

 

 

 

可见光

可见光谱在电磁波谱中得位置

波长范围
        可见光的波长范围在770~390纳米之间。波长不同的电磁波,引起人眼的颜色感觉不同。770~622nm,感觉为红色;622~597nm,橙色;597~577nm,黄色;577~492nm,绿色;492~455nm,蓝靛色;455~390nm,紫色。

定义
  可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分,可见光谱没有xx的范围;一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400到700纳米之间,但还有一些人能够感知到波长大约在380到780纳米之间的电磁波。正常视力的人眼对波长约为555纳米的电磁波最为敏感,这种电磁波处于光学频谱的绿光区域。
  人眼可以看见的光的范围受大气层影响。大气层对于大部分的电磁波辐射来讲都是不透明的,只有可见光波段和其他少数如无线电通讯波段等例外。不少其他生物能看见的光波范围跟人类不一样,例如包括蜜蜂在内的一些昆虫能看见紫外线波段,对于寻找花蜜有很大帮助。

实验背景
  1666 年,英国科学家牛顿{dy}个揭示了光的色学性质和颜色的秘密。他用实验说明太阳光是各种颜色的混合光,并发现光的颜色决定于光的波长。下图列出了在可见光范围内不同波长光的颜色。
  不同波长光线的颜色(见图)
  为对光的色学性质研究方便,将可见光谱围成一个圆环,并分成九个区域(见图),称之为颜色环。
  颜色环上数字表示对应色光的波长,单位为纳米(nm),颜色环上任何两个对顶位置扇形中的颜色,互称为补色。例如,蓝色(435 ~ 480nm )的补色为黄色(580 ~ 595nm )。

特性
  通过研究发现色光还具有下列特性:
  (1)互补色按一定的比例混合得到白光。如蓝光和黄光混合得到的是白光。同理,青光和橙光混合得到的也是白光;
  (2)颜色环上任何一种颜色都可以用其相邻两侧的两种单色光,甚至可以从次近邻的两种单色光混合复制出来。如黄光和红光混合得到橙光。较为典型的是红光和绿光混合成为黄光;
  (3)如果在颜色环上选择三种独立的单色光。就可以按不同的比例混合成日常生活中可能出现的各种色调。这三种单色光称为三原色光。光学中的三原色为红、绿、蓝。这里应注意,颜料的三原色为红、黄、蓝。但是,三原色的选择xx是任意的;
  (4)当太阳光照射某物体时,某波长的光被物体吸取了,则物体显示的颜色(反射光)为该色光的补色。如太阳光照射到物体上对,若物体吸取了波长为 400 ~ 435ntn 的紫光,则物体呈现黄绿色。

应该注意:
       有人说物体的颜色是物体吸收了其它色光,反射了这种颜色的光。这种说法是不对的。比如黄绿色的树叶,实际只吸收了波长为 400 ~ 435urn 的紫光,显示出的黄绿色是反射的其它色光的混合效果,而不只反射黄绿色光。

 

 

 

辐射有实意和虚意两种理解。实意可以指热,光,声,电磁波等物质向四周传播的一种状态。虚意可以指从中心向各个方向沿直线延伸的特性。辐射本身是中性词,但是某些物质的辐射可能会来到危害。如核辐射。近年来,也有一些以“辐射”为名的游戏面世。

辐射Radiation
解释
  1.从中心向各个方向沿着直线伸展出去。
  2.指热辐射、光线、无线电波等电磁波的传播也叫辐射。
  显示器发光时,荧光屏的外层电子受激发放出x射线。

定义
  自然界中的一切物体,只要温度在{jd1}温度零度以上,都以电磁波的形式时刻不停地向外传送热量,这种传送能量的方式称为辐射。物体通过辐射所放出的能量,称为辐射能。辐射按伦琴/小时(R)计算
  辐射有一个重要的特点,就是它是“对等的”。不论物体(气体)温度高低都向外辐射,甲物体可以向乙物体辐射,同时乙也可向甲辐射。这一点不同于传导,传导是单向进行的。遭遇到大量辐射的人都应用肥皂和大量清水彻底冲洗整个身体,并立即寻求医生或专家的帮助 !(图为“放射性物质危险,小心辐射”的警示标志)
  辐射能被物体吸收时发生热的效应,物体吸收的辐射能不同,辐射所产生的温度也不同。因此,辐射是能量转换为热量的重要方式。 辐射传热(radiant heat transfer)依靠电磁波辐射实现热冷物体间热量传递的过程,是一种非接触式传热,在真空中也能进行。物体发出的电磁波,理论上是在整个波谱范围内分布,但在工业上所遇到的温度范围内,有实际意义的是波长位于0.38~1000μm之间的热辐射,而且大部分位于红外线(又称热射线)区段中0.76~20μm的范围内。所谓红外线加热,就是利用这一区段的热辐射。研究热辐射规律,对于炉内传热的合理设计十分重要,对于高温炉操作工的劳动保护也有积极意义。当某系统需要保温时,即使此系统的温度不高,辐射传热的影响也不能忽视。如保温瓶胆镀银,就是为了减少由辐射传热造成的热损失。热辐射的基本概念任何物体在发出辐射能的同时,也不断吸收周围物体发来的辐射能。一物体辐射出的能量与吸收的能量之差,就是它传递出去的净能量。物体的辐射能力(即单位时间内单位表面向外辐射的能量),随温度的升高增加很快。一般说来,当一物体受到其他物体投来的辐射(能量为Q)时,其中被吸收转为热能的部分为QA,被反射的部分为QR,透过物体的部分为QD,显然这些部分与总能量之间有下式所示的关系: QA+QR+QD=Q如果把A=QA/Q称为吸收率,R=QR/Q称为反射率,D=QD/Q称为穿透率,则有: A+R+D=1辐射
  若物体的A=1,R=D=0,即到达该物体表面的热辐射的能量xx被吸收,此物体称为{jd1}黑体,简称黑体。若R=1,A=D=0,即到达该物体表面的热辐射的能量全部被反射;当这种反射是规则的,此物体称为镜体;如果是乱反射,则称为{jd1}白体。若D=1,A=R=0,即到达物体表面的热辐射的能量全部透过物体,此物体称为透热体。实际上没有{jd1}黑体和{jd1}白体,仅有些物体接近{jd1}黑体或{jd1}白体。例如:没有光泽的黑漆表面接近于黑体,其吸收率为0.97~0.98;磨光的铜表面接近于白体,其反射率可达0.97。影响固体表面的吸收和反射性质的,主要是表面状况和颜色,表面状况的影响往往比颜色更大。固体和液体一般是不透热的。热辐射的能量穿过固体或液体的表面后只经过很短的距离(一般小于1mm,穿过金属表面后只经过1μm),就被xx吸收。气体对热辐射能几乎没有反射能力,在一般温度下的单原子和对称双原子气体(如 Ar、He、H2、N2、O2等),可视为透热体,多原子气体(如CO2、H2O、SO2、NH3、CH4等)在特定波长范围内具有相当大的吸收能力。
  辐射以电磁波和粒子(如阿尔法粒子、贝塔粒子等)的形式向外放散。无线电波和光波都是电磁波。它们的传播速度很快,在真空中的传播速度与光波(3×1010厘米/秒)相同,在空气中稍慢一些。
  电磁波是由不同波长的波组成的合成波。它的波长范围从10E-10微米(1微米=10E-4厘米)的宇宙线到波长达几公里的无线电波。Υ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线,超短波和长波无线电波都属于电磁波的范围。肉眼看得见的是电磁波中很短的一段,从0.4-0.76微米这部分称为可见光。可见光经三棱镜分光后,成为一条由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的光带,这光带称为光谱。其中红光波长最长,紫光波长最短,其它各色光的波长则依次介于其间。波长长于红光的(>0.76微米)有红外线有无线电波;波长短于紫色光的(<0.4微米)有紫外线,Υ射线、X射线等。这些辐射虽然肉眼看不见,但可用仪器测出。
  太阳辐射波长主要为0.15-4微米,其中{zd0}辐射波长平均为0.5微米;地面和大气辐射波长主要为3-120微米,其中{zd0}辐射波长平均为10微米。习惯上称前者为短波辐射,后者为长波辐射。

 

 

电磁辐射是由空间共同移送的电能量和磁能量所组成,而该能量是由电荷移动所产生;举例说,正在发射讯号的射频天线所发出的移动电荷,便会产生电磁能量。电磁“频谱”包括形形色色的电磁辐射,从极低频的电磁辐射至极高频的电磁辐射。两者之间还有无线电波、微波、红外线、可见光和紫外光等。电磁频谱中射频部分的一般定义,是指频率约由3千赫至300吉赫的辐射。电磁辐射所衍生的能量,取决于频率的高低-频率愈高,能量愈大。频率极高的X光和伽玛射线可产生较大的能量,能够破坏合成人体组织的分子。事实上,X光和伽玛射线的能量之巨,足以令原子和分子电离化,故被列为“电离”辐射。这两种射线虽具医学用途,但照射过量将会损害健康。X光和伽玛射线所产生的电磁能量,有别于射频发射装置所产生的电磁能量。射频装置的电磁能量属于频谱中频率较低的那一端,不能xx把分子紧扣一起的化学键,故被列为“非电离”辐射。哪里会有电磁辐射?电磁辐射的来源有多种。人体内外均布满由xx和人造辐射源所发出的电能量和磁能量;闪电便是xx辐射源的例子之一。至于人造辐射源,则包括微波炉、收音机、电视广播发射机和卫星通讯装置等。


 

 

 

 

热辐射

简介thermal radiation
  物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。热量传递的3种方式之一。一切温度高于{jd1}零度的物体都能产生热辐射,温度愈高,辐射出的总能量就愈大,短波成分也愈多。热辐射的光谱是连续谱,波长覆盖范围理论上可从0直至∞,一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和红外线传播。由于电磁波的传播无需任何介质,所以热辐射是在真空中{wy}的传热方式。


分布
  温度较低时,主要以不可见的红外光进行辐射,当温度为300℃时热辐射中最强的波长在红外区。当物体的温度在500℃以上至800℃时,热辐射中最强的波长成分在可见光区。
  关于热辐射,其重要规律有4个:基尔霍夫辐射定律,普朗克辐射分布定律,斯蒂藩-玻耳兹曼定律.维恩位移定律.这4 个定律,有时统称为热辐射定律.
  物体在向外辐射的同时,还吸收从其他物体辐射来的能量。物体辐射或吸收的能量与它的温度、表面积、黑度等因素有关。但是,在热平衡状态下,辐射体的光谱辐射出射度(见辐射度学和光度学)r(λ,T)与其光谱吸收比a(λ,T)的比值则只是辐射波长和温度的函数,而与辐射体本身性质无关,即
  上述规律称为基尔霍夫辐射定律,由德国物理学家G.R.基尔霍夫于1859年建立。式中吸收比a 的定义是:被物体吸收的单位波长间隔内的辐射通量与入射到该物体的辐射通量之比。该定律表明,热辐射辐出度大的物体其吸收比也大,反之亦然。
  黑体是一种特殊的辐射体,它对所有波长电磁辐射的吸收比恒为1。黑体在自然条件下并不存在,它只是一种理想化模型,但可用人工制作接近于黑体的模拟物。即在一封闭空腔壁上开一小孔,任何波长的光穿过小孔进入空腔后,在空腔内壁反复反射,重新从小孔穿出的机会极小,即使有机会从小孔穿出,由于经历了多次反射而损失了大部分能量 。对空腔外的观察者而言,小孔对任何波长电磁辐射的吸收比都接近于1,故可看作是黑体。将基尔霍夫辐射定律应用于黑体,有
  可见,基尔霍夫辐射定律中的函数f(λ,T)即黑体的光谱辐射出射度。

特点
  热辐射的特点:
  1、任何物体,只要温度高于 0 K ,就会不停地向周围空间发出热辐射;
  2、可以在真空中传播;
  3、伴随能量形式的转变;
  4、 具有强烈的方向性;
  5、 辐射能与温度和波长均有关;
  6、 发射辐射取决于温度的 4 次方。

 

 


黑体辐射

黑体辐射 black-body radiation

定义
  任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的,也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关,因而被称之为热辐射。为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律,物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body),以此作为热辐射研究的标准物体。
  所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收,既没有反射,也没有透射( 当然黑体仍然要向外辐射)。黑洞也许就是理想的黑体.
  基尔霍夫辐射定律(Kirchhoff),在热平衡状态的物体所辐射的能量与吸收的能量之比与物体本身物性无关,只与波长和温度有关。按照基尔霍夫辐射定律,在一定温度下,黑体必然是辐射本领{zd0}的物体,可叫作xx辐射体。

理论数据
  普朗克辐射定律(Planck)则给出了黑体辐射的具体谱分布,在一定温度下,单位面积的黑体在单位时间、单位立体角内和单位波长间隔内辐射出的能量为
  B(λ,T)=2hc2 /λ5 ·1/exp(hc/λRT)-1
  B(λ,T)—黑体的光谱辐射亮度(W,m-2 ,Sr-1 ,μm-1 )
  黑体光谱辐射出射度M(λ,T)与波长、热力学温度之间关系的公式:
  M=c1/[λ^5(exp(c2/λT)-1)],其中c1=2πhc^2,c2=hc/k.
  黑体能量密度公式:
  E*dν=c1*v^3*dv/[exp(c2*v/T)-1)]
  E*dv表示在频率范围(v,v+dv)中的黑体辐射能量密度。
  λ—辐射波长(μm)
  T—黑体{jd1}温度(K、T=t+273k)
  C—光速(2.998×108 m·s-1 )
  h—普朗克常数, 6.626×10-34 J·S
  K—波尔兹曼常数(Bolfzmann), 1.380×10-23 J·K-1 基本物理常数
  由图2.2(缺)可以看出:
  ①在一定温度下,黑体的谱辐射亮度存在一个极值,这个极值的位置与温度有关, 这就是维恩位移定律(Wien)
  λm T=2.898×103 (μm·K)
  λm —{zd0}黑体谱辐射亮度处的波长(μm)
  T—黑体的{jd1}温度(K)
  根据维恩定律,我们可以估算,当T~6000K时,λm ~0.48μm(绿色)。这就是太阳辐射中大致的{zd0}谱辐射亮度处。
  当T~300K, λm~9.6μm,这就是地球物体辐射中大致{zd0}谱辐射亮度处。
  ②在任一波长处,高温黑体的谱辐射亮度{jd1}大于低温黑体的谱辐射亮度,不论这个波长是否是光谱{zd0}辐射亮度处。
  如果把B(λ,T)对所有的波长积分,同时也对各个辐射方向积分,那么可得到斯特番—波耳兹曼定律(Stefan-Boltzmann),{jd1}温度为T的黑体单位面积在单位时间内向空间各方向辐射出的总能量为B(T)
  B(T)=δT4 (W·m-2 )
  δ为Stefan-Boltzmann常数, 等于5.67×10-8 W·m-2 ·K-4
  但现实世界不存在这种理想的黑体,那么用什么来刻画这种差异呢?对任一波长, 定义发射率为该波长的一个微小波长间隔内, 真实物体的辐射能量与同温下的黑体的辐射能量之比。显然发射率为介于0与1之间的正数,一般发射率依赖于物质特性、 环境因素及观测条件。如果发射率与波长无关,那么可把物体叫作灰体(grey body), 否则叫选择性辐射体。

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