電磁波及其經濟價值分析

[摘要] 電磁波是一種物理現象，隨著人們對電磁波認識的深化，其應用領域越來越廣泛，經濟價值也越來越大。

[關鍵詞] 電磁波波長應用

變化的電磁場在空間的傳播稱為電磁波。電磁波在各個領域有著廣泛的應用，并由此創造著越來越大的經濟價值。

一、電磁波的產生

任何LC振蕩電路原則上都可以作為發射電磁波的振源，但要想有效地把電路中的電磁能發射出去，除了電路中必須有不斷的能量補給之外，還必須具備以下條件。

1.頻率必須夠高。電磁波在單位時間內輻射的能量是與頻率的四次方成正比的，只有振蕩電路的固有頻率越高，才能越有效地把能量發射出去。要加大固有頻率，必須減小電路中的L和C的值。

2.電路必須開放，LC振蕩電路是集中性元件的電路，即電場和電能都集中在電容元件中，磁場和磁能都集中在自感線圈中。為了把電磁場和電磁能發射出去，必須把電路加以改造，以便電、磁場能夠分散到空間里。

為此，我們沒想把LC振蕩電路加以改造。改造的趨勢是使電容器的極板面積越來越小，間隔越來越大，而自感線圈的匝數越來越少，這一方面可以使C和L的數值減小，以提高固有頻率；另一方面是電路越來越開放，使電場和磁場分布到空間中去。最后振蕩電路完全演化為一根直導線，電流在其中往復振蕩，兩端出現正負交替的等量異號電荷。這樣一個電路叫做振蕩偶極子(或偶極振子)，它已適合于做有效地發射電磁波的振源了。實際中廣播電臺或電視臺的天線，都可以看成是這類偶極振子。

二、電磁波的分類

自從赫茲應用電磁振蕩的方法產生電磁波，并證明電磁波的性質與光波的性質相同以后，人們又進行了許多實驗，不僅證明光是一種電磁波，而且發現了更多形式的電磁波。1895年倫琴發現了一種新型的射線，后來稱之為X射線；1896年貝克勒耳又發現放射性輻射。科學實踐證明，X射線和放射性輻射中的一種γ射線都是電磁波。這些電磁波本質上完全相同，只是頻率或波長有很大差別。例如光波的頻率比無線電波的頻率要高很多，而X射線和γ射線的頻率則更高。為了對各種電磁波有個全面了解，我們可以按照波長或頻率的順序把這些電磁波排列起來，這就是所謂電磁波譜。

無線電波由于輻射強度隨頻率的減少而急劇下降，因此波長為幾百千米(107厘米)的低頻電磁波通常不為人們注意，實際中用的無線電波是從波長λ約幾千米(相當于頻率在幾百千周左右)開始。波長在3千米～50米(頻率100千周～6兆周)范圍，屬于中波段，波長在50米～10米(頻率在6～30兆周)范圍為短波，波長在10米～1厘米(頻率在30～3萬兆周)甚至到達1毫米(頻率為3X106兆周)以下的則為超短波(或微波)(有時按照波長的數量級大小也常出現米波、分米波、厘米波、毫米波等名稱)。

可見光的波長范圍很窄，λ大約在7.6厘米～4.0X10-5厘米之間(在光譜學中習慣于采用另一個長度單位——埃()來計算波長，1月=10-8厘米，用?來計算，可見光的波長約在7600～4000范圍內)。從可見光向兩邊擴展，波長比它長的稱為紅外線，波長大約從7600直到十分之幾毫米，它的熱效應特別顯著；波長比可見光短的稱為紫外線，波長從4000～50，它有顯著的化學效應和熒光效應。紅外線和紫外線，都是人類的視覺所不能感受的，只能利用特殊的儀器來探測。無論可見光、紅外線或紫外線，它們都是由原子或分子等微觀客體的振蕩所激發的。近年來，一方面由于超短波無線電技術的發展，無線電波的范圍不斷朝波長更短的方向進展；另外一方面由于紅外技術的發展，紅外線的范圍不斷朝波長更長的方向擴充。目前超短波和紅外線的分界已不存在，其范圍有一定的重疊。

X射線可用高速電子流轟擊金屬靶得到，它是由原子中的內層電子發射的，其波長范圍約在102～10-2之間。隨著X射線技術的發展，它的波長范圍也不斷朝著兩個方向擴充。目前在長波段已與紫外線有所重迭，短波段已進入γ射線領域。放射性輻射γ射線的波長是從1左右算起，直到無窮短的波長。

從這里我們看到，電磁波譜中上述各波段主要是按照得到和探測它們的方式不同來劃分的。隨著科學技術的發展，各波段都已沖破界限與其他相鄰波段重疊起來。目前在電磁波譜中除了波長極短(10-4～10-5以下)的一端以外，不再留有任何未知的空白了。

三、電磁波的應用

無線電的波段劃分及主要用途列表如下：

生產中常用紅外線的熱效應來烘烤物體，紅外線雖然看不見，但可以通過特別的透鏡或棱鏡成像或散色，是特別的底片感光；還可以通過圖像變換器轉換為可見的像。根據這些性質，可進行紅外照相，并可制成夜視儀器在夜間觀察物體。紅外雷達、紅外通迅等在軍事上均有重要用途。另外，由于物質的分子結構和化學成份與它所能吸收的紅外線的波譜有密切關系，因此，研究物質對紅外線的吸收情況可以分析物質的組成和分子結構。紅外線還被用于偵破技術中。紫外線有明顯的生理作用，醫療上可以用來殺菌，農業上常用黑光燈發出的紫外線來誘捕害蟲。

比紫外線波長更短的是X射線， X射線是由原子內層電子受激發所致，能量很大，有很強的穿透本領，能激發熒光，也能使照相底片感光。醫療上用X射線對人體內部進行透視，以檢查病變器官。工業上用X射線對金屬內部進行探傷。在科研方面，X射線被用來分析晶體結構，因為X射線的波長和晶體中原子間距相近。

至于γ射線，它是由于原子核受到激發后產生的電磁輻射。與X射線相比，其波長更短，能量更大，穿透本領更強。研究γ射線可幫助了解原子核的結構。