電磁波的應用與危害

張景偉

（中國鐵通四平分公司，吉林 四平 136400）

1 電磁波概述

什么是電磁？當帶電系統的電荷或電流隨時間變化，系統所產生的電場和磁場也會隨時間變化。變化的電場在其周圍激起磁場，變化的磁場也在其周圍激起電場，這種變化的電場和磁場會向系統周圍的空間傳播，這種運動著的電磁場就是電磁波。在地球任何地方，無論白天還是黑夜，都存在著各種頻率；強度不一；看不見、摸不到又聞不著的電磁波。電閃雷擊、太陽黑子活動、大氣、宇宙等都會產生電磁波，這是自然的電磁波。人為的電磁波主要來源于無線電發射設備、工業設備和醫療設備，如無線電臺、手持移動電話、氦弧焊機、交流高壓輸電線、汽車點火器、微波爐、電視機、計算機等都會產生電磁波。總而言之，電磁波與我們的生活息息相關，只不過，有的是我們需要的，有的則是不需要的。

2 電磁波的應用

從1888年赫茲用實驗證明了電磁波的存在至今，一百多年的時間里電磁理論不斷深化，其應用領域不斷擴大。電磁波作為極重要的自然資源得到廣泛應用。1895年俄國科學家波波夫發明了第一個無線電報系統。1914年語音通信成為可能。1920年商業無線電廣播開始使用，20世紀30年代發明了雷達，40年代雷達和能信得到飛速發展，自20世紀50年代第一顆人造衛星上天，衛星通訊事業得到迅猛發展。如今電磁波已在通訊、遙感、空間控測、軍事應用、科學研究等諸多方面得到廣泛的應用。

很多效應都可以發射電磁波。電磁波譜就是波長最長的無線電長波，到中波、短波、微波，然后是紅外、可見光、紫外、X光，直到波長最短的伽瑪射線。

2.1 熱輻射

只要是溫度高于絕對零度的物體（其實就是所有物體，迄今我們認為不可能有物體達到絕對零度）都會輻射電磁波。但是輻射的強度和波長分布與物體的溫度有關。例如鐵塊在室溫下發出的電磁波你根本看不到，大約是紅外線居多（所謂紅外測溫原理，就是測量此時輻射的紅外線。），當它燒紅的時候，開始輻射紅色光，再加熱，會變藍變白，說明溫度越高，發射的主要波長越短。

應用距離：白熾燈，就是靠鎢絲加熱到一定溫度向外輻射光的?；鸢眩钤嫉恼彰鞴ぞ?，也主要是靠這一原理。

2.2 電磁振蕩與天線組合

手機、電臺、衛星電視臺等利用電磁波進行通訊的設備，都是靠振蕩電路和天線的組合來發射電磁波的。只要磁場或者電場發生振蕩變化，就會輻射電磁波。只是輻射的效率不同。振蕩電路就是一種可以產生一定頻率的振蕩電流的電路。電流振蕩會引起電流產生的電場或者磁場的振蕩。既然已經產生了電場/磁場的振蕩了，就會發出電磁波，那干嗎要天線呢？這是因為天線的形狀可以增大產生電磁波的效率。主要應用于手機、電臺、通訊衛星、衛星電視臺、對講機、無繩電話等各種使用電磁波通訊的設備。微波爐也是靠振蕩電流發射微波的，只是這個振蕩并不發生在導線里，而是發生在真空管里，原理是一樣的。

2.3 外層電子越遷輻射

這類電磁波產生的原理是原子或者分子的外層電子，從高能級態向低能級態越遷的時候，輻射出電磁波。這種輻射的范圍從紅外到紫外都有可能。為了實現這種越遷，我們首先要把外層電子從低能級態移動到高能級態（又被稱作原子或分子被激發到了高能級）。

2.3.1 利用氣體電離，從而使氣體分子/原子到達高能級態

這種方法，一般是在真空玻璃容器中充滿某種氣體，然后用高壓擊穿該氣體使得其電離，從而將其激發到高能級態。主要應用于探照燈使用的高壓汞（發光的是汞蒸汽）燈，氙氣（發光的是氙氣）燈，還有早期的電弧燈（發光的是空氣）。

2.3.2 直接利用電流激發到高能級

這種方法，是直接利用電流通過某種材料，將該材料激發到高能級的。應用于發光二極管、液晶。

2.3.3 利用其他光源將其激發至高能級

這種方法，是利用其他光源發出的頻率較高的光，將某材料激發到高能級，然后它越遷回低能級發光的。應用于日光燈（其內部是低壓汞蒸汽，被電流擊穿電離發出紫外線。但是這些紫外線照射到熒光燈表面涂的熒光材料上，熒光材料被激發到高能級，再越遷回低能級，發出了可見光），夜光筆、夜光表：白天吸收陽光，激發到高能級，晚上慢慢越遷回來，發光。

2.3.4 利用化學反應釋放的能量使材料中的分子或原子激發到高能級

燃燒過程中的焰色反應就是靠燃燒中激發某種材料到高能級，再越遷回低能級產生的。應用于螢火蟲、冷光棒（一種彎折后可以發出冷光的照明用具）。

2.3.5 激光

激光作為一種特殊的光源，我們單獨討論。激光的特點是，由于泵浦源將材料激發，這里的泵浦源，或者說激發的原理，其材料一直停留在高能級，當受到激發的時候，突然全部跳到低能級，從而發出強大的脈沖，再加上諧振腔的作用，發出高質量的光。

2.4 原子內層電子被激發，越遷回原位發光

這種原理發出的光，叫做X光。激發方法有很多，常見的是用一束電子流去轟擊原子。

2.5 原子核被激發到高能級，越遷回低能級

這種原理發出的光一般叫做伽瑪射線。原子核被激發的原因有很多，自然界的核聚變、裂變、衰變。人工使用粒子轟擊原子核，都會造成激發，從而發出伽瑪射線。另外，這種過程也有可能激發內層電子，或者間接激發外層電子。

2.6 各種微觀高能粒子反應發光

例如，正負電子湮滅，某種粒子壽命到了消失等過程，發出的電磁波。這種現象在大氣層內比較少見，而物理學實驗中會做到。

3 電磁輻射產生的危害

電磁波向空中發射或泄漏的現象叫電磁輻射，過量的電磁輻射會造成電磁污染。移動通信基站作為常見的信號發射設備，更是目前電磁輻射的主要來源之一。

高強度的電磁輻射以熱效應和非熱效應兩種方式作用于人體，可導致機體發生機能障礙和功能紊亂。電磁輻射對公眾健康的危害主要是健康效應。健康效應又分為軀體效應和種群效應。種群效應不是短時間可以觀察到的，也許使人類變得更加聰明，也許使人類的發展受到影響。軀體效應又分為熱效應和非熱效應。熱效應的機理，人類已了解得比較清楚，人體接受電磁輻射后，而使機體升溫。如果吸收的輻射能很多，靠人體的溫度調節功能來不及把吸收的熱量散發出去，則會引起體溫升高，進而引發各種癥狀。對于非熱效應的機理，人類目前了解得還不十分充分，但確實存在這種效應：即吸收的輻射能還不足以引起體溫升高，但會出現生物學變化，導致神經衰弱。據資料報到，電磁輻射也會引起癌癥。

4 結束語

電磁輻射強度與發射功率成正比，而與距離的平方成反比。移動通信基站由于功率小，離人體距離遠，所帶來的輻射強度較小，因此對人體而言，大多數的基站是安全的。但另一方面，盡管理論證明基站所產生的電磁輻射對人體是安全的，但隨著社會科技的進步及人類生活水平的提高，電磁輻射已經逐步成為廣大人民群眾關注的焦點，而且每一個移動通信基站由于建設方位、設備安裝調試等各種復雜原因，也可能出現輻射強度各不相同，因此，最終鑒定其是否對人體產生有害輻射還將通過國家環保部門認證的專業監測和環境影響評價機構，根據實際測驗的數據，經過專業人員綜合分析評估而定。