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莘莊商務(wù)樓1326室

電磁波的頻率與穿透
、繞射能力的關(guān)系

2024-04-03 09:21:00

443次

電磁波是以波動(dòng)形式傳播的電磁場(chǎng)

。相同方向且相互垂直的電場(chǎng)和磁場(chǎng)

，在空間中傳播的震蕩粒子波，就是電磁波

。

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太陽(yáng)光

，就是電磁波的一種可見的輻射形態(tài)

。無(wú)線電波

、微波、紅外線

、可見光、紫外線

、X射線

，都是電磁波。它們的主要區(qū)別，就是頻率不同

。

電磁波的頻率與穿透<div id=

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電磁波的傳播，不依賴于介質(zhì)

，就算在真空中

，也可以傳播。

水波

、聲波不是電磁波

，而是機(jī)械波。需要實(shí)體介質(zhì)

，一個(gè)點(diǎn)上下運(yùn)動(dòng)

，帶動(dòng)下一個(gè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，形成了波

。

基本概念

電磁波波長(zhǎng)λ=c/f(c是光速

，λ是波長(zhǎng)，f是電磁波頻率)

? 頻率越低

，波長(zhǎng)越長(zhǎng)

，繞射能力越強(qiáng)

? 頻率越高，波長(zhǎng)越短

，繞射能力越差

電磁波能量E=hv(E是能量

，h是普朗克常數(shù)，v是頻率)

? 頻率越高電磁波的能量就越強(qiáng)

? 頻率越低電磁波的能量就越弱

、真空傳輸

，能量沒(méi)有損失。

、頻率越低則波段越長(zhǎng)

，分子原子不容易獲取能量，所以更不容易丟失能量

，具體表現(xiàn)就是繞射能力越強(qiáng)

。

3、頻率越高則波段越小

，越接近分子原子半徑

，則更容易能量轉(zhuǎn)移，具備穿透的能力就越強(qiáng)

，但實(shí)際介質(zhì)的導(dǎo)電性質(zhì)

，又導(dǎo)致頻率高，能量在介質(zhì)中損耗就大的情況

。

、空氣環(huán)境中空氣分子原子密度不夠

，因此更易于繞射，而不易于穿透

、固體環(huán)境分子原子密度大

，便于能量轉(zhuǎn)移給分子原子，更多考慮的是穿透

想要了解穿透

，需要了解幾個(gè)基本概念

? 固態(tài)介質(zhì)

，涉及導(dǎo)電系數(shù)/電阻率以及介質(zhì)的分子大小

? 理想導(dǎo)體是指電阻系數(shù)為0，比如超導(dǎo)體

，是不具備穿透屬性的

。

? 絕緣體是電阻系數(shù)為無(wú)窮大的介質(zhì)，能量不被吸收

，可以很好的穿透

。

? 現(xiàn)實(shí)環(huán)境中不存在理想導(dǎo)體和存粹絕緣體，穿透總是要涉及能量吸收損耗

所以能否穿透要考慮幾個(gè)方面：

1：電磁波能量是否能轉(zhuǎn)移到介質(zhì)的分子原子

2：介質(zhì)本身的導(dǎo)電性導(dǎo)致的能量損耗

當(dāng)然還有一種極端的情況就是電磁波在很高的頻率情況下

，由于波長(zhǎng)很小

，可以利用介質(zhì)的分子原子間的空隙穿過(guò)，比如X射線和r射線.

關(guān)于水/液體對(duì)電磁波影響

? 任何無(wú)線電信號(hào)都會(huì)被水大量吸收

，除了一種：超長(zhǎng)波

。所以潛艇往往在后面拖著上千米的天線用超長(zhǎng)波通信。

? 水分子的諧振頻率

，水對(duì)2.4g信號(hào)的吸收要強(qiáng)于對(duì)其他頻率

。

電磁波的頻率與穿透、繞射能力的關(guān)系3.jpg

這里是液態(tài)水的吸收光譜

，只有可見光部分不怎么吸收

，其他部分都是大量吸收的。我們依舊可以看到

，整個(gè)圖片有個(gè)尖角

，在藍(lán)色和綠色部分，也就是說(shuō)明藍(lán)色和綠色頻段的電磁波是最不容易被水吸收的

，這也就解釋了為什么海水是藍(lán)色的?div id="4qifd00" class="flower right">

。ㄒ?yàn)椴槐晃眨环瓷淞?div id="jfovm50" class="index-wrap">，這樣就能進(jìn)入人眼了）

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這是GHz的水吸收光譜，黑色的豎線是2.4GHz 所在的位置

，維基百科是這么解釋的：’Liquid water has a broad absorption spectrum in the microwave region, which has been explained in terms of changes in the hydrogen bond network giving rise to a broad, featureless, microwave spectrum.[24]The absorption (equivalent to dielectric loss) is used in microwave ovens to heat food that contains water molecules. A frequency of 2.45 GHz, wavelength 122 mm, is commonly used.

電磁波信號(hào)如何才能傳播更遠(yuǎn)

？

電磁波的頻率與穿透、繞射能力的關(guān)系5.png

電磁波的傳播

，有以下幾種機(jī)制：直射

、反射

、折射和衍射（繞射）。

衍射

，指的是波（如光波）遇到障礙物時(shí)偏離原來(lái)直線傳播的物理現(xiàn)象。也就是說(shuō)

，電磁波具備“繞開”障礙物的能力

。波長(zhǎng)越長(zhǎng)（大于障礙物尺寸），波動(dòng)性越明顯

，越容易發(fā)生衍射現(xiàn)象

。

電磁波的頻率與穿透、繞射能力的關(guān)系6.png

穿透步驟：

第一步

，是障礙物表面

。

電磁波從空氣到障礙物，需要感應(yīng)出介質(zhì)里面的電場(chǎng)和磁場(chǎng)

。

電磁波的頻率與穿透<div id=

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電磁波在不同介質(zhì)的傳播速度，取決于介質(zhì)（障礙物）的介電特性和介磁特性

。

如果介質(zhì)是理想導(dǎo)體

，導(dǎo)電性能特別好，就不能產(chǎn)生電場(chǎng)

，所有的電磁波都會(huì)反射回去

。

對(duì)于非理想導(dǎo)體，電磁波在表面上分成折射和反射的兩部分

。兩部分的比例跟波速

、入射角有關(guān)，而波速又跟頻率有關(guān)

。

所以

，經(jīng)過(guò)介質(zhì)表面時(shí)，電磁波信號(hào)就已經(jīng)衰減掉一部分了

。

第二步

，電磁波折射的一部分終于進(jìn)入介質(zhì)內(nèi)部。

大部分介質(zhì)不是理想導(dǎo)體

，而是絕緣體或者有不同電阻率值的導(dǎo)體

。

介質(zhì)分為均勻介質(zhì)和不均勻介質(zhì)。

電磁波在絕緣體中的傳播較為順暢

。像玻璃

，就是一種非常典型的絕緣體。

光線在玻璃中傳播時(shí)

，吸收率很低

，所以玻璃看著就很透明

。

還有典型的就是光纖。光在光纖中

，可以傳輸幾十公里

。

絕緣體的種類很多，固體的如塑料

、橡膠

、玻璃，陶瓷等

；液體的如各種天然礦物油

、硅油、三氯聯(lián)苯等

；氣體的如空氣

、二氧化碳、六氟化硫等

。

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當(dāng)電磁波頻率越高，則波長(zhǎng)越短

，波峰和波谷離得越近

，介質(zhì)某一點(diǎn)附近電場(chǎng)的差異就越大，相應(yīng)電流就越大

，所以損耗在介質(zhì)里的能量就越多

。

相同電阻率的導(dǎo)體中，頻率越高的電磁波

，衰減得就越快

。

潛艇都是使用長(zhǎng)波或超長(zhǎng)波進(jìn)行通信。頻率很低

，在水中的衰減會(huì)小

。

電磁波在不均勻介質(zhì)中傳播，等于是在不同介質(zhì)之間反復(fù)地發(fā)生折射

、反射

、衍射。傳播的路徑更加復(fù)雜

，最終射出的方向也非常復(fù)雜

。過(guò)長(zhǎng)的路徑，也會(huì)帶來(lái)更大的衰減（損耗）

。

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典型的例子是墻面，不管是鋼筋混凝土墻面

，還是磚砌墻面

，都是不均勻介質(zhì)

，電磁波傳播過(guò)程中，就有不同程度的衰減

。

第三步

，從介質(zhì)到空氣，又是一波折射和反射

。

頻率越高的電磁波

，穿透障礙物的能力越弱

為什么高能射線例如X射線頻率那么高，穿透力卻很強(qiáng)呢

？

X射線除了頻率高之外，還有一個(gè)特性

，那就是能量極強(qiáng)

。X射線照在介質(zhì)上時(shí)，僅一小部分被介質(zhì)的原子“擋住”

，大部分經(jīng)由原子之間的縫隙“穿過(guò)”

，從而表現(xiàn)出很強(qiáng)的穿透能力.

電磁波的頻率與穿透、繞射能力的關(guān)系9.1.png

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紫外線穿透性小常識(shí)

紫外線是位于日光高能區(qū)的不可見光線

。依據(jù)紫外線自身波長(zhǎng)的不同，主要將紫外線分為三個(gè)區(qū)域

。即短波紫外線UVC

、中波紫外線UVB和長(zhǎng)波紫外線UVA。

長(zhǎng)波紫外線(UVA)：

又稱為長(zhǎng)波黑斑效應(yīng)紫外線

。

? 長(zhǎng)波紫外線A光

，波長(zhǎng)介于315~400納米

? 它有很強(qiáng)的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料

。

? 可穿透至皮膚真皮層

，破壞彈性纖維和膠原蛋白纖維，導(dǎo)致皮膚曬黑

。是出現(xiàn)皺紋及皮膚癌的主因

。

? 360nm波長(zhǎng)的UVA紫外線符合昆蟲類的趨光性反應(yīng)曲線，可制作誘蟲燈

。

? 300-420nm波長(zhǎng)的UVA紫外線可用于礦石鑒定

、舞臺(tái)裝飾、驗(yàn)鈔等場(chǎng)所

。

中波紫外線(UVB)：

又稱為中波紅斑效應(yīng)紫外線

? 中波紫外線B光

，波長(zhǎng)介于280~315納米，

? 中等穿透力

，它的波長(zhǎng)較短的部分會(huì)被透明玻璃吸收

? 日光中含有的中波紫外線大部分被臭氧層所吸收

，只有不足2%能到達(dá)地球表面

? 對(duì)人體具有紅斑作用

，能促進(jìn)體內(nèi)礦物質(zhì)代謝和維生素D的形成，但長(zhǎng)期或過(guò)量照射會(huì)令皮膚曬黑

，并引起紅腫脫皮

。

? 紫外線保健燈、植物生長(zhǎng)燈發(fā)出的就是使用特殊透紫玻璃(不透過(guò)254nm以下的光)和峰值在300nm附近的熒光粉制成

。

短波紫外線(UVC)：

? 短波紫外線C光

，波長(zhǎng)介于100~280納米

? 穿透能力弱，無(wú)法穿透大部分的透明玻璃及塑料

? 日光中含有的短波紫外線幾乎被臭氧層完全吸收

? 可被臭氧層所阻隔不會(huì)到達(dá)地球表面

，較不會(huì)侵害人體肌膚

? 短波紫外線對(duì)人體的傷害很大

，短時(shí)間照射即可灼傷皮膚，長(zhǎng)期或高強(qiáng)度照射還會(huì)造成皮膚癌

。

? 紫外線殺菌燈發(fā)出的就是UVC短波紫外線

。殺菌原理是紫外線易被核蛋白吸收，使DNA的同一條螺旋體上相鄰的堿基形成胸腺嘧啶二聚體

，從而干攏DNA的復(fù)制

，導(dǎo)致細(xì)菌死亡或變異

? 只能用于消毒物體表面及空氣，亦可用于不耐熱物品表面消毒

。

標(biāo)簽

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