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带你“看见”电磁波

已有 4119 次阅读 2019-4-20 16:27 |个人分类:地球物理|系统分类:科研笔记

         电磁波堪称自然奇迹。它无形无影、无色无味,瞬间奔驰万里却来去无踪。直观上无法看到电磁波,但曲径通幽,换一个角度看:从声波——有线电磁波——无线电磁波,便可清楚“看见”电磁波的庐山真面目。

         一、从声波中“看见”有线电磁波

        “分子力”对声波传播的巨大影响:

         在空气中,声波以空气分子为媒介,声波振动跨越一个个分子,把声源振动传送到人耳,耳膜获取振动力而听到声音。

         但是,声波却不能在稀薄空气里传播。原来声波传播需要一个重要条件:分子力(压缩空气时有强大阻力,这就是空气分子间的天然斥力,即分子力)。在稀薄空气里,分子间隙太大,分子力就会减小甚至消失,没有分子力,分子间无法相互传递声波振动,所以,稀薄空气不能传递声波。

          显然,分子力对声波传播影响极大。空气分子力太小,使声波不能跨过更大的分子距离。这是声波不能在真空中传播的根本原因。

          假如:空气分子距离1毫米时,分子力仍较强,振动能在分子间传递,那么,声波就能在极稀薄空气中传播;

          假如:分子距离1分米时,分子力仍然存在,分子间还能传递振动,声波就能在近似真空里传播。

          假如:分子距离10米,分子间还能传递声波振动,声波就能与电磁波一样,在真空里传播(宇宙没有绝对真空存在)。

          简单来说,声波就是分子间传递振动力。声波不能跨过大真空的根本原因:分子力太小。假如用更微小的电子代替分子呢?这就成了有线电磁波。有线电磁波与声波很相似。


           二、从有线电磁波到 无线电磁波

           有线电磁波(即闭路电信号)传播方式:

           旋转磁场切割线圈时,自由电子来回振动,产生振荡电信号。若用导线输出,电子振荡会在导线电子间迅速传递,电子振荡迅速传遍整个电路。这是最简单有线电磁波传播。 若提高电子振荡频率,并加载音频、视频信号,就形成了有线电视信号。

           很明显,声波、有线电磁波十分相似:声波是在分子之间传递振动;有线电磁波是在电子之间振动振动。它们共同特征:都是传递振动力。

           那么,为何声波只能在很近的分子间传递,而电磁波不但能在导线电子间传递,还能跨过广阔真空传播呢?这是因为分子、电子传递振动能力极大不同:

           声波以分子为媒介,分子力很小,分子质量又很大,因此,分子只能近距离传递振动,声波就无法跨过大真空了。

           电磁波以电子为媒介,不仅电子质量微小,极易传递振动。振荡频率高。而且电子之间斥力远远高分子力。因此,电子振荡不但能在导线电子间传递,还能在远距离电子间传递振电子荡。所以,电磁波能穿越广阔真空。

           电子之间斥力究竟有多强呢?略举一例:

           电子的荷质高达1.7588×10∧11。这意味着什么呢?例如:在“LC电磁振荡器”中,常超过十亿个电子在共振,这十亿个电子能给100公里外单个电子产生2.3×10∧-28牛顿的力。使电子获得250米/秒平方的加速度。也就是说,“LC电磁振荡器”內的电子振荡,能轻松使100公里外导体电子共振。因此,遥远的电子之间同样能传递振荡。

            因此可见,与声波相似,电磁波是电子之间振荡的传递。只不过,电子极微小,电子间斥力却极却强,因此遥远的电子间也能传递振荡,这使电磁波能跨过广阔真空。

              



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