电磁波频率和周期的关系,电磁波频率划分详细

首页 > 健康 > 作者:YD1662022-11-24 09:24:48

上图为麦克斯韦的肖像,他是人类历史上最伟大的物理学家之一。

电磁波的频谱

频率就是电磁波在单位时间内完成周期振动的次数。在自然界中,电磁辐射往往和温度有关,温度越高,物体向外辐射出的电磁波的频率也就越高。可见,频率是电磁波一个很重要的特性。

电磁波的速度就是光速(约30万千米每秒),由由于真空中的光速是恒定的,因此一旦确定了频率,波长也就随之确定了。电磁波的速度、频率和波长满足关系:c=λf 。

基于频率,从低频到高频,我们将电磁波划分为:无线电波(又可细分为长波、中波、短波)、微波、红外光、可见光、紫外光、X光和γ射线,它们构成了一个完整的电磁波谱。其中人眼可见的电磁波的频率范围为在 3.9×10^14~8.6×10^14 Hz 之间,对应的波长范围在400~760nm之间。不过有少数人可以感知到波长范围在380nm~780nm的电磁波。

电磁波频率和周期的关系,电磁波频率划分详细(5)

电磁波的频率可低至几千赫兹,此时电磁波的波长可达几十千米。由于电磁波的频率较低时,其能量也较低,因此在传播过程中衰减的很厉害。虽然电磁波的传播不需要介质,但是当电磁波的频率较低时,需要借助有形的导电体才能传播。

X射线又叫伦琴射线,常用于医学检查,它的频率为10^15~10^22Hz,没有伽玛射线的频率高。当原子中核外电子发生能级跃迁时,如果能量差较大,就会辐射出X光。紫外光可以用来消毒*菌,有利也有弊,它也会对人的皮肤产生危害,太阳中就含有大量的紫外光,幸亏地球大气层有臭氧,可以阻挡大部分紫外光。而任何有温度的物体都会向外辐射出红外光,夜视仪或热成像仪就是基于这个原理。无线电波的频率约为 10KHz~30GHz,无线通信就是靠的它。频率越高,单位时间内能够传递的信息就越多,所以说5G网络使用的无线电频率就比4G网络高。

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如上图所示,核外电子发生能级跃迁,并辐射出能量为ΔE的光子。普朗克常数是定量,发生跃迁时释放的能量大小便决定着光子的频率。

频率存在上限吗?

伽玛射线的频率已经很高了,但这并不是最高的,科学家在实验室中已经能够产生10^26Hz的电磁波,此时的电磁波性质更偏像粒子。

光速不变,根据波长和频率的关系,似乎只要波长无限短,电磁波的频率就能无限高。量子力学告诉我们,从微观世界来看物质的运动并不是连续的,而且存在最小的运动变化尺度。这并不是数学题,根据量子力学,电磁波的波长不能无限短,因此电磁波的频率必然就存在一个上限值。

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这个极短的长度被叫做普朗克长度,其大小约为1.6x10^-35米,仅相当于一个质子直径的10^22分之一。它是物质世界中存在的有意义的最短长度,没有比这还小的尺度了。普朗克长度的数值由万有引力常数G、光速c和普朗克常数h三者来决定。

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