電磁波的發(fā)現(xiàn)及其應(yīng)用

摘 要：電磁波自發(fā)現(xiàn)至今，已經(jīng)離百年時(shí)光，但是其給我們現(xiàn)代人類社會所帶來的改變可謂翻天覆地。時(shí)至網(wǎng)絡(luò)化社會的今日，電磁波承載著我們?nèi)粘Ｉ顢?shù)以億計(jì)的通信與交流。同樣，作為高中物理知識的一個(gè)重要組成，對電磁波的學(xué)習(xí)和理解，對我們?nèi)粘Ｉ詈臀磥淼膶W(xué)習(xí)都有著重要的意義。本文簡要的介紹了電磁波的發(fā)現(xiàn)過程及其應(yīng)用意義。

關(guān)鍵詞：電磁波；麥克斯韋方程組；赫茲；發(fā)現(xiàn)；應(yīng)用

現(xiàn)如今，電磁波滲透進(jìn)我們生活的方方面面，我們每天都生活在電磁波環(huán)繞的環(huán)境當(dāng)中，從手機(jī)信號到射電天文望遠(yuǎn)鏡，電磁波在現(xiàn)代科技中發(fā)揮著重要的作用。

從廣播播音，電視傳輸畫面，手機(jī)打電話上網(wǎng)，太空通訊，都是由于電磁波的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用。而雷達(dá)、微波爐、無線網(wǎng)絡(luò)甚至醫(yī)學(xué)上的 X 光、核磁共振同樣都是通過電磁波來運(yùn)作的。甚至可以說，電磁波的使用范圍已經(jīng)把整個(gè)世界都囊括了進(jìn)去。

一、電磁波

如上圖所示，為電磁波的波譜圖，可見，其范圍涵蓋了從伽馬射線（γ射線）、可見光到無線電波等非常廣泛的范圍。而從科學(xué)的角度來定義，電磁波屬于能量的一種，通過不斷地研究與發(fā)現(xiàn)：凡是在絕對零度以上的物體，都會相應(yīng)的釋出電磁波。并且溫度越高，所釋放出的電磁波的波長就越短。

通過上述的電磁波譜我們也可以看到，除占有非常小比例的可見光波外，人們是看不見無處不在的電磁波的。但它在我們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)揮的意義可謂不言而喻。

二、電磁波的發(fā)現(xiàn)

電磁波的發(fā)現(xiàn)過程可謂比較曲折，對于電磁波的預(yù)言是由著名的物理學(xué)家麥克斯韋，他憑借對電磁學(xué)研究取得的的成就被譽(yù)為繼·牛頓之后，“物理學(xué)的第二次大統(tǒng)一”，是對二十世紀(jì)最有影響力的物理學(xué)家。他早在1864年就通過對前人研究的總結(jié)和數(shù)學(xué)上的推導(dǎo)，預(yù)言了電磁波的存在，他創(chuàng)立的麥克斯韋方程組將電磁學(xué)的概念進(jìn)行了完美的統(tǒng)一。

然而，實(shí)際上，在麥克斯韋對電磁波預(yù)言的20年后，直至1887年，由物理學(xué)家赫茲實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在。當(dāng)時(shí)，雖然人們嘆服麥克斯韋方程組對于電磁波在理論意義上多大完美描述，但一直以來人們卻無法真正找到電磁波的存在。

赫茲通過巧妙的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，終于證實(shí)了電磁感應(yīng)產(chǎn)生電磁波這一事實(shí)。當(dāng)時(shí)，赫茲得到如下右圖中實(shí)驗(yàn)器材所產(chǎn)生的現(xiàn)象的啟發(fā)：他將一根彎成長方形的銅線兩端之間留有一個(gè)很小的間隙，從而構(gòu)成一個(gè)開路（稱之為副電路），然后用一條導(dǎo)線將這個(gè)副電路連接到正在 由感應(yīng)線圈激發(fā)放出電火花的回路之上，這時(shí)副電路的間隙中也會有出現(xiàn)電火花現(xiàn)象，而這就是他發(fā)現(xiàn)電磁波的起點(diǎn)。通過對這一實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步研究與完善，赫茲最終通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在。

三、電磁波的應(yīng)用

雖然電磁波已經(jīng)有了較為完善的理論體系和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但是真正開辟電磁波應(yīng)用先河的當(dāng)屬馬可尼，他率先應(yīng)用了電磁波實(shí)現(xiàn)了無線通信。也正是自此，揭開了現(xiàn)代通信時(shí)代的大幕。

（一）無線電波

線電波通常情況下指的是3KHz至3THz頻段內(nèi)的電磁波。它的出現(xiàn)和應(yīng)用稱得上是人類文明的一次重大進(jìn)步，已經(jīng)成為當(dāng)今人們信息交流的主要手段。無線電波的應(yīng)用，直接提升了信息傳遞的速度和傳遞量，使得地球上相距再遠(yuǎn)的兩個(gè)地方，都可以通過無線電波迅速架起一座溝通的橋梁。日常生活中的手機(jī)，收音機(jī)，雷達(dá)，衛(wèi)星通信，甚至包括我們?nèi)粘Ｉ钪幸呀?jīng)必不可少的WIFI等設(shè)備和技術(shù)使用的信號都屬于這一頻段的電磁波。

而且無線電波不但可以滿足地球上我們的通訊需要，同時(shí)還可以用來觀測宇宙信息。前段時(shí)間剛剛搭建完成的世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡，可用于搜尋外星天體，、觀測脈沖、探索宇宙起源以及星系與銀河系的演化等，甚至可以搜索星際通訊信號，探索地外文明。更加值得驕傲的是這臺射電望遠(yuǎn)鏡是由我國科學(xué)家建造的。

（二）x射線

X射線又稱為倫琴射線，是現(xiàn)在應(yīng)用普及度非常高的一種射線，它的頻率比較高，原子內(nèi)層電子受激輻射會產(chǎn)生X射線。應(yīng)用X射線的穿透性好的特性，在機(jī)場車站等安檢關(guān)口都有X射線探測儀。同時(shí)X射線也可以用于醫(yī)院的透視檢查，就是平時(shí)所說的“X光”。

X射線透過人體組織，由于不同組織密度不同，X射線的穿透率是不一樣的，因此就可以憑借投射的陰影不同分辨出人體內(nèi)的各種組織、骨骼等情況。值得注意的是由于金屬內(nèi)的自由電子會對X射線有一定的吸收和色散引起自身活動加強(qiáng)和內(nèi)能增加，即金屬會吸收X射線并將其能量轉(zhuǎn)化成熱能，所以在做X光檢查時(shí)，是不允許攜帶首飾、硬幣等金屬物件的。

四、應(yīng)用展望

我們現(xiàn)代生活是一個(gè)被電磁波包圍的世界，它在我們的生活中發(fā)揮著重要的作用。而隨著科技的發(fā)展，我們對于電磁波的認(rèn)識和應(yīng)用仍在逐步加深，工業(yè)上用γ射線射線進(jìn)行金屬探傷、軍用電磁脈沖武器、醫(yī)用的紅外理療設(shè)備等等，很電磁波在實(shí)際生活、醫(yī)療甚至軍事領(lǐng)域中都有著重要的應(yīng)用。

而我們現(xiàn)代電子電氣時(shí)代的基礎(chǔ)，正是電磁波給的進(jìn)步帶給我們的，從前太陽的電磁波為地球生命提供了生長的最初能量，現(xiàn)在人類應(yīng)用電磁波將現(xiàn)代文明推向一個(gè)新的高度！

作者簡介：

王新帥（1998-），男，漢族，河北邯鄲人，邯鄲一中學(xué)生。