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电磁波是怎样产生和传播

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电磁波的产生方式多种多样,其中包括热辐射。任何温度高于绝对零度的物体都会辐射电磁波,这种辐射的强度和波长分布与物体的温度有关。例如,铁块在室温下主要辐射红外线,当它烧红时开始辐射红色光,温度越高,辐射的主要波长就越短。白炽灯和火把都基于这一原理,通过加热钨丝或材料产生光。

电磁振荡与天线的组合是另一种产生电磁波的方式。手机、电台、卫星电视台等通讯设备利用振荡电路和天线产生电磁波。当磁场或电场发生振荡时,就会辐射电磁波。天线可以增强电磁波的效率,比如微波炉通过振荡电流发射微波,这些微波并非在导线中产生,而是在真空管中产生。

外层电子越迁辐射也是电磁波产生的一种方式。原子或分子的外层电子从高能级态向低能级态越迁时,会辐射出电磁波。这种方法包括利用气体电离、直接利用电流激发、其他光源激发、化学反应激发等。例如,高压汞灯、氙气灯和电弧灯使用气体电离,发光二极管和液晶则通过电流激发,日光灯和夜光笔利用紫外线激发荧光材料或材料自身。

激光是一种特殊的光源,其原理基于3.1-3.4,但因其高效率和质量,单独讨论。激光通过泵浦源将材料激发到高能级,当受到激发时,材料突然全部跳到低能级,从而发出强大的脉冲。氦氖激光器和半导体激光器分别使用了原理3.1和3.2,而固体激光器可能需要其他激光器泵浦,染料激光器则可能使用原理3.4。

原子内层电子被激发越迁回原位时,会发出X光。这通常是通过一束电子流轰击原子实现的。原子核被激发到高能级并越迁回低能级时,会发出伽玛射线。这种激发可以通过自然界中的核聚变、裂变、衰变或人工粒子轰击实现。

微观高能粒子反应也会发光,例如正负电子湮灭或粒子寿命终止时,会发出电磁波。这种现象在大气层内较少见,但在物理学实验中较为常见。