物理学基石 —— 波、电磁波、微波

本文介绍了电磁波的基本概念及其发展历程,从早期的磁发现到电磁波理论的建立。重点探讨了电磁波的特点及参数,并深入研究了微波波段的重要性,特别是其与人类生活紧密相关的原因。

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1. 波

物质形态:

  • 粒子

波离我们很近,又很远。耳朵接收声波,眼睛接收光波;

2. 电磁波

  • (1)电和磁:平行不相关

    在研究的初期,二者几乎是平行发展的。人类首先发现了磁,比如中国的指南车。英国医生,Gilbert 1600 所著 《论磁》

    梳头的梳子能够吸引小的纸片。真正作为科学来研究的是美国的本杰明·富兰克林,

    • 物质分正电和负电;
    • 电荷只能转移,而不能创生;
    • 电荷守恒;
    • 天电和地电的统一;(1752 年,富兰克林 46 岁)
  • (2)电磁:丹麦物理学家,奥斯特:电能生磁(硬纸片,一个电线(提供电流),周围是磁针)

  • (3)电磁波:Farday,改进了奥斯特的实验,将磁针换成铁粉。由此,提出了场(field)的概念,第二个革命性的概念(力线)。

    又通过对称性的思想,既然奥斯特电能生磁,为何磁不能生电。不通电的线圈缠绕圆柱体,两端加上两个磁铁,动磁(磁的变化)才能产生电,

    电磁的相互变化产生电磁波;(电磁波的速度是光速

    v=c

3. 实验

德国人赫兹 ⇒ 电火花接收(波如果没有腿,是怎么跑过去的?答曰,电磁波)

4. 波特点和参数

4.1 波特点

  • 不同于粒子,波可以脱离源,离开源可以存在(广播);
  • 波可以脱离媒介,如在真空中传播,eathe(假想的真空中存在的介质,以太);
  • 否定中心力,是环环相扣的;

4.2 参数

E⃗ =E⃗ 0cos(wtkz+ψ)
  • w:频率
  • E⃗ 0:振幅
  • ψ:相位

5. 微波(microwaves)

微波波段:300×106 ~ 3000×109300MHz3000GHz)(波长是 1M ~ 0.1 mm)

  • 左邻:超短波
  • 右舍:红外波

为什么要着重研究微波呢?因为其波长和人的相关尺寸最为接近,人的身高是 1.75 m,为 1.75 个波长,人的头发丝的直径是 0.07 mm 。

和人的结合(相互作用)最为紧密(强烈);

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