什么是电磁波?

什么是电磁波?,第1张

什么是电磁波?

[拼音]:diancibo

[外文]:electromagnetic wave

电磁场的一种运动形态。它以交变的电场和磁场相互作用、相互依赖而存在,是电场和磁场的波动运动。这种运动的能量,以光速在空间或以小于光速的速度在有限区域中传播。电磁波的波动性还表现在:在媒质交界面上的反射与折射;在障碍物后的绕射;以及互相干涉等。电磁波除波动性外还有粒子性,后者对无线电频率往往可以忽略。

1864年,J.C.麦克斯韦全面总结了电磁学的基本规律,提出了麦克斯韦方程组(见电磁场基本定理),首先预言了电磁波的存在,并提出光的电磁波理论。1887年,H.R.赫兹用实验证实了电磁波的存在。20世纪以来,电磁波的理论和应用不断取得重大成就,包括无线电技术、微波技术和70年代发展起来的光波导技术的成就,使电磁波成为人类传递信息和能量的最重要形式之一,使通信(包括卫星通信、光纤通信)、广播、电视、遥控、遥测、遥感、雷达、无线电导航、制导等得以实现;并成为探索宇宙空间和研究微观世界的重要途径。

电场强度E 和磁场强度H在垂直于电磁波传播方向上的分量之比称为波阻抗。横电磁模(见电磁波模式)的波阻抗仅与所在媒质的参数有关。

电磁波的运动意味着能量的流动。规定能流密度矢量(或坡印亭矢量)S为垂直于运动方向的单位面积上流过的功率,SE×H

对于随时间简谐变化的电磁波,其每秒内的振动次数称为频率f(单位:赫),ω =2πf 称为角频率;根据电磁波传播速度v可以确定其波长λv/f,相应地规定传播常数(即波数)k=2π/λ。不同频率(或波长)范围的电磁波具有不同的物理特性。电磁波的整个频率范围称为电磁谱(见彩图)。




电磁波的三种基本传播形式(均匀无界媒质)是平面波、柱面波和球面波。平面波由无限大平面源激发,其波前(等相位面)是平行平面簇;柱面波由无限长直线源激发,其波前是同轴圆柱面簇;球面波由点源激发,其波前是同心的球面簇。它们的场强在远离波源处与距离的关系分别为


。式中,zρ 分别为前两种情况下观察点到波源的垂直距离;r为球面波到观察点的距离。远离场源处的柱面波或球面波的局部波前接近于平面波。

电磁波的EH 在无源情况下都满足齐次矢量波动方程。平面波、柱面波、球面波就是波动方程在直角、圆柱、球坐标系中的特解。每种形式的波都可以表示为另一种形式的一簇波。例如,柱面波可表示为无数沿不同方向传播的平面波之和。

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