電磁波的發現及其應用

摘 要：電磁波自發現至今，已經離百年時光，但是其給我們現代人類社會所帶來的改變可謂翻天覆地。時至網絡化社會的今日，電磁波承載著我們日常生活數以億計的通信與交流。同樣，作為高中物理知識的一個重要組成，對電磁波的學習和理解，對我們日常生活和未來的學習都有著重要的意義。本文簡要的介紹了電磁波的發現過程及其應用意義。

關鍵詞：電磁波；麥克斯韋方程組；赫茲；發現；應用

現如今，電磁波滲透進我們生活的方方面面，我們每天都生活在電磁波環繞的環境當中，從手機信號到射電天文望遠鏡，電磁波在現代科技中發揮著重要的作用。

從廣播播音，電視傳輸畫面，手機打電話上網，太空通訊，都是由于電磁波的發現和應用。而雷達、微波爐、無線網絡甚至醫學上的 X 光、核磁共振同樣都是通過電磁波來運作的。甚至可以說，電磁波的使用范圍已經把整個世界都囊括了進去。

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現：凡是在絕對零度以上的物體，都會相應的釋出電磁波。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。但它在我們日常生活中發揮的意義可謂不言而喻。

二、電磁波的發現

電磁波的發現過程可謂比較曲折，對于電磁波的預言是由著名的物理學家麥克斯韋，他憑借對電磁學研究取得的的成就被譽為繼·牛頓之后，“物理學的第二次大統一”，是對二十世紀最有影響力的物理學家。他早在1864年就通過對前人研究的總結和數學上的推導，預言了電磁波的存在，他創立的麥克斯韋方程組將電磁學的概念進行了完美的統一。

然而，實際上，在麥克斯韋對電磁波預言的20年后，直至1887年，由物理學家赫茲實驗驗證了電磁波的存在。當時，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。

赫茲通過巧妙的實驗驗證，終于證實了電磁感應產生電磁波這一事實。當時，赫茲得到如下右圖中實驗器材所產生的現象的啟發：他將一根彎成長方形的銅線兩端之間留有一個很小的間隙，從而構成一個開路（稱之為副電路），然后用一條導線將這個副電路連接到正在 由感應線圈激發放出電火花的回路之上，這時副電路的間隙中也會有出現電火花現象，而這就是他發現電磁波的起點。通過對這一實驗的進一步研究與完善，赫茲最終通過實驗驗證了電磁波的存在。

三、電磁波的應用

雖然電磁波已經有了較為完善的理論體系和實驗驗證，但是真正開辟電磁波應用先河的當屬馬可尼，他率先應用了電磁波實現了無線通信。也正是自此，揭開了現代通信時代的大幕。

（一）無線電波

線電波通常情況下指的是3KHz至3THz頻段內的電磁波。它的出現和應用稱得上是人類文明的一次重大進步，已經成為當今人們信息交流的主要手段。無線電波的應用，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的兩個地方，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，收音機，雷達，衛星通信，甚至包括我們日常生活中已經必不可少的WIFI等設備和技術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，同時還可以用來觀測宇宙信息。前段時間剛剛搭建完成的世界最大的射電望遠鏡，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鏡是由我國科學家建造的。

（二）x射線

X射線又稱為倫琴射線，是現在應用普及度非常高的一種射線，它的頻率比較高，原子內層電子受激輻射會產生X射線。應用X射線的穿透性好的特性，在機場車站等安檢關口都有X射線探測儀。同時X射線也可以用于醫院的透視檢查，就是平時所說的“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的各種組織、骨骼等情況。值得注意的是由于金屬內的自由電子會對X射線有一定的吸收和色散引起自身活動加強和內能增加，即金屬會吸收X射線并將其能量轉化成熱能，所以在做X光檢查時，是不允許攜帶首飾、硬幣等金屬物件的。

四、應用展望

我們現代生活是一個被電磁波包圍的世界，它在我們的生活中發揮著重要的作用。而隨著科技的發展，我們對于電磁波的認識和應用仍在逐步加深，工業上用γ射線射線進行金屬探傷、軍用電磁脈沖武器、醫用的紅外理療設備等等，很電磁波在實際生活、醫療甚至軍事領域中都有著重要的應用。

而我們現代電子電氣時代的基礎，正是電磁波給的進步帶給我們的，從前太陽的電磁波為地球生命提供了生長的最初能量，現在人類應用電磁波將現代文明推向一個新的高度！

作者簡介：

王新帥（1998-），男，漢族，河北邯鄲人，邯鄲一中學生。