电磁频谱

电磁

称为 "电磁" 因为电与磁是有关联的:

电磁场属性
变动的电场产生磁场,
变动的磁场产生电场,

变动的电场与磁场 

…… 无穷循环 ……!

电与磁就像翩翩起舞的舞伴!

这个现象以极限速度在空间传播:光速。

这是完整的电磁频谱:

 

频率(振率)越高,能量越大,波长越短。

频谱是连续的,中间没有突变或分界。

电磁波与物质的互动关系于它们的能量及物质的种类

例子:人的身体

有些电磁波直接穿过人体,有些被反射或以不同的程度被吸收。

太阳狗

例子:从太阳来的电磁波

地球的大气层反射或吸收很多从太阳来的电磁波。

只有

可以直接穿过大气层:

电磁波阻挡或通过

假想:如果我们的眼睛只能看到X射线,天空就会是黑的!

nustar v
因此 NuSTAR X射線太空望遠鏡需要在太空轨道里运行。(NuSTAR 就是核光谱望远镜阵列,英语 Nuclear Spectroscopic Telescope Array 的简写)

范围

通常我们把电磁波分成以下范围:

没有公认的绝对范围分界(例如,X射线管的X射线与放射性物质的伽马射线是重叠的)。以下是个指南:

    典型波长   通常范围定义
无线电   米(m)   长于 10厘米
微波   厘米(cm)   1毫米到 10毫米
红外线   微米(μm)   750纳米到 1毫米
光   几上百纳米   380纳米到 750纳米
UV(紫外线)   100纳米   10纳米到 380纳米
X射线   纳米(nm)   10皮米到 10纳米
伽马射线   皮米(pm)   10皮米以下

去阅读方程里的单位来学习更多关于纳米、皮米等等单位的知识。

光速

电磁波以 "光速" 传播,在真空里差不多 300,000,000米每秒(精确值:299,792,458米每秒)。

即是3亿米每秒,也就是:

但光速可以减慢……

传导体 速度
百万米每秒
真空 300
冰 228
水 225
乙醇 220
玻璃 205
橄榄油 204
钻石 123

若频率不变,速度越低,波长就越短。.

我们可以求波长:

波长 = 速度频率

例子:红光,频率为 4 × 1014

在真空里的波长是:

3 × 1084 × 1014 = 7.5 × 10-7 =  750纳米

在水里的波长是:

2.25 × 1084 × 1014 = 5.625 × 10-7 =  562纳米

波长不同,但光色不变,因为频率不变。

 

重要:这网页所列的波长是真空里的波长,需要调整来得到在其他传导体里的波长。

波长与频率活动

试试这个:用 5秒从房间的一边走到另一边:

你每次步伐的频率是多少?

再来一遍,但用 20秒从房间的一边走到另一边。有什么不同?

能量

频率(振率)越高,波长越短,能量越大。

例子:光和X射线哪个能量比较大?

X射线能量大些,因为它的频率大约是 1018,大于光的大约 1014

例子:红光和蓝光哪个能量比较大?

蓝光的频率比较高(波长比较短),所以能量比较大。

红光:较低能量,蓝光:较高能量

 

电离原子

能量与电离

 

伽马射线、X射线及一些紫外线的能量大到可以"导致电离",就是说,可以把电子撞离原子。

 

这使得原子带上电荷,从而更容易激发化学反应,而伤害人体的细胞,杀死细胞或把细胞变质为癌细胞。

记忆方法

怎样记住电磁频谱?

次序是:波、红外、光、紫外、射线

要记住能量水平,想:"波是慢及温和的,射线是快及危险的"。

光子

电磁辐射有波的属性,但也有能量粒子的属性。电磁粒子叫做光子。

所以光子像个粒子,但也像个波。这个现象叫 "波粒二象性"。

爱恩斯坦

 

爱恩斯坦这样写:

"我们有时需要用一个理论,有时需要用另一个理论,但也有时可以用其中任何一个。"