电磁波 光波 机械波的关系Word格式.docx

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紧记：

赤橙黄绿蓝靛紫。

。

彩虹为什么是拱形的

光在不同介质表面发生折射，由于地球是球形，球体周围覆盖着不同密度的水汽（在不同的高度有不同的密度）

光的波长决定光的弯曲程度

事实上如果条件合适的话，可以看到整圈圆形的彩虹。

彩虹的形成是太阳光射向空中的水珠经过折射→反射→折射后射向我们的眼睛所形成。

不同颜色的太阳光束经过上述过程形成彩虹的光束与原来光束的偏折角约180-42=138度。

也就是说，若太阳光与地面水平，则观看彩虹的仰角约为42度。

与地球的形状有很大的关系

由于地球表面是一个曲面并且被厚厚的大气所覆盖，雨后空气中的水含量比平时高，当阳光照射入空气中的小水滴时就形成了折射。

同时由于地球表面的大气层为一弧面从而导致了阳光在表面折射形成了我们所见到的弧形彩虹！

颜色是光线射入眼睛后所产生的一种感觉。

太阳可以发射从波长很长的射电到波长很短x射线波段的电磁辐射。

我们人类的眼睛只能感受到其中一小部分，这部分就叫做可见光，由于太阳表面（光球）温度接近六千度，所以它主要发出橙黄色的光，这个“颜色”是由物理方法分析测量得出的。

但是对于我们一般所看到的太阳来说，由于大气等因素的影响，也会有“一轮红日”或者“白的刺眼”的太阳。

“一轮红日”是由于大气散射掉了大部分较短波长的光（蓝色和紫色），只留下较长波长的红光的原因。

至于“白的刺眼”可能是由于光线太强，超出了眼睛（视神经）所能承受的范围，产生的错觉。

就像我们拍照的时候光线太强会过度曝光一样。

如果你使用滤光片减弱部分阳光，你就可以看到一个黄色的太阳。

如果阳光从天空照射下来，它就会连续不断地碰到某些障碍——即使没有下雨。

因为光所必须穿透的空气并不是空的，它由很多很多微小的微粒组成。

其中的大多数，百分之九十九不是氮气便是氧气，其余则是别的气体微粒和微小的漂浮微粒，它们来源于汽车的废气、工厂的烟雾、森林火灾或者火山爆发出来的岩灰。

虽然氧气和氮气微粒比一滴雨水小一百万倍，但是它们也照样能阻挡阳光的去路。

光线从这些众多的小“绊脚石”上弹回，并改变自己的方向：

光线被散射出去，这是我们化学家和物理学家们的说法。

波长短的蓝色光和紫色光比波长长的橙色光和红色光散射得多。

所以散射的光中，紫光比红光几乎多10倍，而蓝光则几乎比红光多6倍。

绿色的、黄色和橙色的光线，敌不过占优势的蓝色光线和紫色光线，所以我们觉得这些散射的光是蓝色的——天蓝色的。

发现这一切的是英国物理学家和诺贝尔奖获得者瑞利勋爵，他在130年前就已经发现了：

当光线透过空气偏离了它原来的直线方向时，光的波长不同，偏离的距离不同。

后来人们为了向他表示敬意，便把这个散射过程叫做瑞利散射。

如果你向天空看去，你主要看见的是阳光中被散射的蓝色的光，而不是未经散射的阳光。

如果要看见这种白色的、未经散射的光，这种笔直向你落下来的光，你就得直接朝着太阳看去。

但是，你千万别这样做！

因为直接照射的阳光很强烈，也很危险，它会在瞬间严重灼伤你的眼睛；

如果你看久了，它会使你双目失明。

天空中的云是小水滴和空气中的粉尘组成的，它们的直径要比太阳光的任何一种颜色的光的波长都要长得多，所以发生瑞利散射的情况很少。

一部分阳光被反射到空中；

一部分发生迈以散射，然后散射的光射到地球，但迈以散射不改变太阳光中任何颜色的光；

还有一部分直接穿透水滴之间的缝隙。

上述3种情况都对阳光的成分没有影响，所以看上去天空中的云是白色的。

但是当云层越来越厚时，小水滴越来越多，几乎连成一片，太阳光和迈以射散的光不能或者很少能穿透云层，这时白云就变成乌云了四个问题不容易希望采纳

我们看到太阳的颜色与光的速度没有关系。

我们看到的颜色只与同一时刻射入眼睛的光的成分有关。

太阳的温度使它同时发出从远红外到伽马射线的各种色光（但人类只能看到可见光），可见光区的各色光合成后给人眼造成的感觉就是白光。

太阳是持续发光的。

就算考虑到不同的色光在大气中的速度差，2秒前的蓝光、1秒前的黄光、这一秒的红光，只要同时进入眼中，我们看到的还是白的。

用钱钟书先生的话说，你吃到鸡蛋，不一定要看下蛋的母鸡。

电磁波本身的主要数据有两个，一个是振幅，一个是频率（或者说周期），通讯接收设备能否正常接收到信号，取决于接受信号的频率是否对应和电平信号是否处于达到阀值范围，这个频率基本不随环境变化，但振幅（对于通信信号来说是电平值）会在传播过程中慢慢衰减。

所谓增大发射功率就是增大初始的振幅。

电磁波的振幅是指什么？

电场和磁场的场强？

？

电磁场和电磁波的概念不完全等同，电磁场由时变电场与磁场一起构成，一般不以场强大小来描述电磁波的性质（实际也是有联系的）。

电磁波的能量大小（这个就是发射功率了）由坡印廷矢量决定，即S=E×

H,其中s为坡印庭矢量，E为电场强度，H为磁场强度。

E、H、S彼此垂直构成右手螺旋关系；

即由S代表单位时间流过与之垂直的单位面积的电磁能，单位是W/m^2。

建议你去XX百科先看一下电磁波和电磁场的概念，有兴趣也可以去找相关书籍看一下，关于电磁场的详细分析要到大学才会学到，但是基本理论可以早些去了解

为什么物体有不同的颜色

不知道你无机化学学到什么程度了，这要从电子的轨道理论来解答。

电子在原子核外是按照轨道分布的，即1s2s2p.....，不同的轨道有着不同的势能，当电子从一个轨道向另一个轨道运动时（叫做：

跃迁），会有能量的吸收或发出，能量来自光子，但不是任何光子的能量都能吸收，也不是会释放出任何能量的光子，只有光子能量和轨道能量差（两个轨道之间的）相匹配（相等）才行。

而光子的能量与频率相关。

所以不同物质中含有不同的原子，电子轨道差也是不同的，只能吸收固定频率的光，也只能释放特定频率的光。

以上仅仅定性说明。

为什么不同颜色的光在同种介质中速度不同?

?

光是电磁波没错，所以他们在真空中的速度确实是相同的

但是波速是由介质决定的

n=c/v，得到v=c/n，其中n是该介质的折射率，c是真空中光速，v是介质中光速

因为各种色光对于相同介质的折射率n不一样，所以在各种介质中速度也不同

n=sinA/sinB（其中不同颜色之所以能够在三棱镜中分开，是因为在三棱镜这样的介质中各种不同颜色的光的折射角是不同的，所以能够得出不同颜色的光在同种介质中的N是不一样的，真空除外），规定A是光线在空气（真空）中与法线的夹角，B是光线在介质中与法线的夹角

n恒大于1

1．单光子的能量为E=hv

2．对给定频率的光束来说，光的强度越大，就表示光子的数目越多．

3．坡印亭矢量和光强是两个概念．光强是坡印亭矢量的时间平均值．

4．以平面波为例，它的频率一定,电磁振幅固定，它的光强也是一定的，正比于振幅的平方．

我的结论：

平面波光强不变．

光是电磁波只是麦克斯韦带那次理论的预言，后来被证实，但这只是经典理论。

后来20世纪初建立的量子力学表明一切实物粒子具有波粒二象性，不能单纯理解为经典的波，也不能单纯理解为经典的粒子。

再者，电磁波本身不是能量，而是交变的电磁场在空间传播形成的波动，它传播着能量，也就是它是能量的一种载体！

“能量是什么？

”这个问题太复杂，它是整个物理学的最基本的概念，不是一时能说清楚的。

追问

既然没有以太，在空间中波动的是什么东西？

能量是什么不清楚，那守恒的是什么？

回答

电磁波在空间中传播不需要介质，跟机械波不同，比如声波能在空气中传播是因为空气的振动将波传了出去。

而电磁波的传播是考电场与磁场的相互激发，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，从而能在空间中传播，不需要介质。

这是麦克斯韦最伟大的预言，后来赫兹证实了电磁波的存在。

确切解释能量要用现代物理理论，但是能量守恒却是永恒不变的真理，每个物理学家都不会怀疑它的正确性。

机械波传播的是介质的振动形式，那电磁波传播的是什么？

电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。

电磁波是一种物质。

电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X-射线和伽马射线等等。

人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在380至780纳米之间，称为可见光。

如果你对物理很感兴趣的话，希望你可以进一步学下去，报考物理专业。

“有效的传递能量和动量”，其实我就是不懂这句话，传递的“能量”是什么。

以电场为例，一个电荷激发电场，有相应的静电能，有个问题就是静电能是集中在电荷上还是分布在电场中？

实际上，当电场迅速变化时电场可以脱离电荷而单独存在，并以有限的速度传播（在真空中就是光速），形成电磁波，而电磁波携带能量是已经证实的。

所以电磁波携带的就是电场能和磁场能。

处在电场中的电荷要受到电场作用，与电场发生能量交换。

电磁场作为一种物质存在形式，不仅有能量，还有动量、角动量。

把它与电荷的作用当成是物质与电荷的作用就行了。

论电磁波的发射

广东省博罗高级中学（516100） 

林海兵

摘要：

电荷的运动激发了电性子波动——电磁波，但并不是所有电荷的运动都可以激发电磁波，特别是在导体内部运动的电荷。

在导线两端因内部的林氏电场而形成电动势，并在导线中流过与林氏电场方向相反的电流时，导体外部空间才有电磁波的发射。

关键词：

电荷运动，电磁波，林氏电场，磁场，电动势，电流

1 

麦克斯韦电磁方程组与机械波方程组

电磁波是什么？

一直以来，人们以为电磁波是一种特殊的波动，认为它并不是机械波动，笔者却认为，电磁波是机械波动无疑，只是它的传播媒质是暗物质电性子。

笔者在《论机械波的波动方程》一文中，笔者通过构建了波动媒质的反抗振源矢量与剪应变矢量从而建立机械横波的波动方程组，这个方程组与麦克斯韦电磁方程组极为相似，但是，在后来的研究中笔者发现，实际上麦克斯韦电磁方程组存在重要的错误——其微分形式与积分形式并不等效，它们的解也完全不相同！

于是，笔者把原来的麦克斯韦电磁方程组进行了弱化处理：

，

同时，也把笔者的机械波动方程组进行了弱化处理：

弱化处理过的两组方程组特别是麦克斯韦电磁方程组再没有原来的普遍含义，它们只是反映了电磁波——这一种特殊的机械横波在传播过程中的两个矢量的关系。

机械波动方程与麦克斯韦电磁方程的相似这从一个侧面反映了电磁波就是机械波的实质。

笔者在论述这两个方程组的同时，还给出电场与磁场的真正的内涵，并把电场进行了分类。

电磁波中的电场并不是库仑电场，而是林氏电场。

库仑电场与林氏电场有着本质的区别——库仑电场是具有暗物质电性子密度梯度的空间区域，林氏电场则是具有暗物质电性子动量密度的时间变化率的空间区域。

磁场的实质则是暗物质电性子的动量密度的旋度。

磁场与林氏电场的实质的揭示，使麦克斯韦电磁波组的上述两个方程自然而然可以从机械波动最简单的方程

中得到（见笔者《论平面正弦机械横波的波动方程与麦克斯韦电磁方程》一文）。

这更从根本上说明了电磁波就是机械波，它们具有相同的产生机理，都是媒质粒子反抗振源运动并在空间传播了这种运动而形成。

故机械波动方程方组中的反抗振源矢量

与林氏电场或者磁场中的速度矢量

其实是同一回事，只是反抗振源矢量强调的是电性子速度的产生原因，而林氏电场及磁场则没有这方面的强调。

2 

反抗振源矢量的产生条件

可见，要产生电磁波的发射，必须首先在空间激发电性子的反抗振源运动。

我们知道，电性子的反抗振源运动通常因电荷的运动而引起，电荷就是其中的振源。

什么条件下电荷振源才能激发电性子波动产生电磁波呢？

在《论机械波的波动方程》一文甚至在之后的许多文章中，笔者一直认为只要有振源在媒质粒子环境中运动，就一定可以激发媒质粒子的反抗振源运动，后来通过一系列的实际观察与理论推敲，终于把这个观点给予否定了——振源的运动必须满足一定的条件才能激发媒质的反抗振源运动。

那么，必须满足什么条件振源才能激发媒质的反抗振源运动呢？

笔者以为，这决定于振源与媒质粒子环境的相对运动关系：

如果振源与媒质粒子的运动方向相同，而且媒质粒子的运动速度大于或等于振源的速度时，则无论如何，振源不可能激发媒质粒子而产生反抗运动；

反之，振源的运动就一定可以激发媒质粒子的反抗振源速度矢量。

笔者在众多的文章中所举的很多振源的运动激发媒质反抗振源速度矢量的事例，都是满足上述激发条件的。

实际上，只要有振源物体的运动，就一定可以激发媒质粒子的反抗振源运动，但是，由于环境媒质粒子在没有振源物体的激发之前已经存在着运动，那么此时，只有符合上述条件的环境，媒质粒子的反抗振源运动才能表现出来，而不符合条件的，即使已经激发了反抗振源运动，其速度也不能盖过媒质粒子原来的运动速度，所以反抗振源并不能表现出来。

3 

磁场的意义及直线电流的磁场

磁场是什么？

笔者一再重申，电场磁场并不是怎样一种特殊的场，所有的场都具有相同的物理本质——是物质粒子的某种参数形成某种分布的空间区域。

经典物理认为电场磁场是一种特殊的并不是由物质粒子组成的物质，这是一只见森林不见树木的观点。

与其他场所不同的是，构成电场磁场的物质粒子是人们看不见的暗物质电性子。

磁场本质是暗物质电性子动量密度的旋度：

这才是磁场真正的物理意义！

笔者在《论磁场》、《再论磁场》与《论电流的磁场》等文中对此已经作了详细的论述。

在此，还须说明的是，我们对电流产生的磁场有一种不正确的认识——电流的磁场与电流强度成正比。

这由安培给出安培环路定理之后就已经形成的一个根深蒂固的观念，笔者说这是一种不正确的认识，是指人们没有对电流的磁场进行全面的认识。

对于恒定直导线电流的磁场，它周围的磁场强度当然与电流强度成正比，但是对于其他不同形状的导体不同变化规律的电流，它们周围的磁场就再不是这样一回事了。

对于这个问题，笔者在《论电流的磁场》一文已有论述，而且在该文笔者作出了一个大胆的预言：

在无穷大通电平面（可用长度无穷的直导线通以相同方向的电流排列而成）的两侧的磁感应强度与磁场强度均为零，不论其电流线密度有多大，只要其电流线密度恒定不变。

在该文中，笔者还进行了进一步的讨论，如果无穷的电流线密度以

规律变化，则电流平面的两侧的磁场为：

同理其磁感应强度强度为：

（以上电流线密度取正

方向，电磁波动传播方向为

，磁场的方向由

决定。

）由此可见，电流线密度与电流周围附近空间（即

处）的磁感应强度（磁场强度）的相位差为

，即电流线密度最大时，磁感应强度有最小值为零，而电流线密度最小（为零）时，磁感应强度却有最大值。

笔者大胆预测，这种交变电流与其周围附近空间的磁场的规律并不是无穷大通电平面的特色，对通电直导线，只要其通有交变电流，如果它可以激发磁场，那么，它周围附近空间的磁场也满足这个规律。

4 

电流流通的环境与电磁波的发射条件

电流的形成有赖于电源电动势，电源电动势的实质则是电源所处环境的静生潜能场（林氏电场）

或动生潜能场

（两式中的

是电性子的速度矢量）（见笔者《论电源的电动势及电流的形成》），当导体处于这样的环境中，潜能场将转化为显能场——电性子密度梯度场而发生本质的变化，电性子向着潜能场的方向发生加速运动从而使在该方向上电性子密度增大，电源导体内部的电荷也具有了向着这个方向的运动趋势。

于是电源便形成的电动势。

实际上，并不电源两极间才具有电动势，电源内部两极方向上任意两点之间都会因为潜能场而产生电动势，电动势的大小因这两点间的距离

不同而异，

从表面上看，电源内部形成了一个与潜能场

方向相反的阳性子密度梯度场

，但是，必须注意，电源电荷并不向着这个密度梯度场的方向作属性运动，因为这里起主导作用的并不是密度梯度场，而是潜能场，没有潜能场就是密度梯度场的存在。

一旦电源两极接上外电路导体之后，电源两极的电性子将加到外电路导体两端并其内部产生电性子密度梯度，电荷将向着密度梯度的方向发生属性运动而形成电流。

如果外电路导体是一般的非超导体，那么，导体中一定具有等效密度较大的中性子，这些中性子对导体而言可以认为是静止不动的，所以，电荷在运动时必须激发中性子形成反抗振源运动，在导体外部空间产生中性子波动向外传播——这不是电磁波而是光波，故下文中笔者假设导体是超导体，导体内部没有中性子，无需激发中性子反抗振源运动而损耗能量。

在此同时，电荷在运动过程中，也不断激发了周围一些相对于导体静止不动的电性子，形成电性子反抗振源运动，也在周围空间形成了电性子波动的传播，电性子波动过程中，电性子速度减小，在空间形成的电性子动量旋度，这就形成的磁场——一种特殊的电磁波，它虽然波动中各种参量的变化，但是它完全具有波动特性，媒质不但重复振源的运动而传播了这种运动，这种波动笔者把它称为点波，恒定电流形成的称为连续点波。

但是，并不是电路中所有元件的情况都是这样的。

首先，电源内部的电荷的运动环境并不是静止的电性子环境，由于外界环境的潜能场在电源内部产生电性子的定向加速运动，电性子的加速运动的方向就是潜能场的方向，也是电源电动势的方向，正是具有外界环境潜能场的存在，才可能使电源导体产生电动势。

一旦电路接通，电流形成，在电源内部的电流方向顺着电性子的定向加速运动方向，可见，电流——电荷的定向移动的形成因电性子在电源的定向加速运动而形成，故电荷的运动速度必定小于电性子在电源内的定向加速运动。

因此正常工作的理想电源——内阻为零的电源，电荷在其中运动时，并不会激发电性子反抗振源运动，更不会发射电磁波。

可见，笔者在《论导体电路中的能量传播途径》一文中的论述是正确的，电能不会以电磁波能量的形成从电源发出通过空间传播到达用电器。

同时，笔者在《论电性子密度梯度的传播速度》及《论电流的功率》等文中已经对电能的传播途径作了详细的分析。

所以，笔者在此郑重预言：

正常工作的超导体电源，电流流过时我们将无法在电源周围检测到磁场的存在；

反之，处于充电状态的超导体电源，电流流过时我们将可以在其周围检测到强度很大的磁场的存在。

其次，如果电源所接电路是超导体，情况则与一般导体较为复杂，特别是超导体负载通以交流电之后。

在《论变压器原理》与《论线圈的互感》两篇文章中，笔者认为当把电源接于一根超导体（虽然在这两篇文章笔者没有直接提及超导体，但是已经把它当作超导体来处理了）之上时，由于电源电动势的存在，使超导体内部产生了一股电性子加速流，在超导体内部形成与电源电动势反向的林氏电场，这个林氏电场在超导体内也形成了电动势。

也就是说，这时整个闭合电路之中存在着两个电动势，它们分别电源的原电动势与超导体两端的电动势，它们大小相等方向相反。

从笔者《论电流的功率》一文中，我们可以知道电感导体的瞬时功率密度为

，这里所谓的电感导体实质上就是没有电阻的超导体。

可见，当林氏电场与电流密度方向相同时，超导体的功率密度为负值，这说明导体从外界吸收能量转化为电路中的电能；

当林氏电场与电流方向相反时，超导体的功率密度为正值，这说明导体消耗电能，以其他能量的形式耗散出去。

然而，超导体也好，理想电感也好，它本身没有耗能的机制，所以，把电感接在交流电源上时，电流与电压的关系就由

决定，它们相位相差为

这时，超导体负载与电源之间的角色不断相互转化着，无论在电源还是超导体负载周围均没有形成有效的电磁波的传播。

倘若电源是直流恒定电源，那么，电流在流经电路时，电流方向始终与电源的林氏电场方向相同，而与超导体负载中的林氏电场方向则相反，这时，在电源中不断有能量转化为电路中的电能，而在超导体负载中则不断消耗电能，而这被消耗的电能却不能以其他形式的能量出现，只能以电荷激发的电性子反抗运动的动能出现，因电流强度大小不变，故空间各处的电性子的反抗运动速度大小也不变。

虽然空间的电性子不断地传播了超导体周围的电性子的反抗振源运动，形成了电磁波，但是，由于电性子的反抗速度不变，所以，这只能形成连续点波，即在空间形成强度极大的磁场，却不能形成正常的电磁波。

讨论至此，我们应该知道这样一个结论，电路发射电磁波的结论：

在具有林氏电场的导体中，电流的方向以林氏电场相反方向流过时，才会有电磁波的发射，发射的电磁波可以是连续点波（恒定磁场），也可以是一般的电磁波，导体单位体积的电磁波发射功率为

事实上，几乎所有的导体在导电时导体内部都有林氏电场的存在，也就是有电感性的存在，人们把一般导体所具有的电感性称为导体的分布电感。

所以，当电流流过导体时，都可能会发射电磁波，特别是直流恒定电流，表现得最为突出；

但是对于交流电流，为什么我们很难观察到电磁波的发射呢？

最根本的原因就是出于导体的电感性，在通常情况下电感性导体电流与电压的关系就由

，电流并不激发电磁波。

如果我们用波动方程的玻印亭矢量来分析电磁波的产生，我们同样可以得到相同的结论。

首先我们用机械波动方程的玻印亭矢量

来分析。

根据分析可知，反抗振源矢量

的方向决定于振源运动方向，它总是与振源运动方向相反；

而剪

应变矢量

的方向则决定媒质线的形变状况，从水平方向来看，如果媒质线呈右上左下方向，则剪应变矢量

的方向垂直于纸面指向纸内，如果媒质线呈右下左上方向，则剪应变矢量

的方向垂直于纸面指向纸外（如图1所示）。

必须注意的是，如果是媒质粒子，媒质线的剪应变也是由振源的运动引起的，这时剪应变矢量与反抗振源矢量满足笔者在《论机械波的波动方程》一文中的左手螺旋法则关系。

但是，如果在振源运动之前，媒质粒子已在运动，媒质的运动可能已经形成的媒质线的变化，已经存在了剪应变。

在这种情况下，媒质的剪应变矢量与反抗振源矢量没有直接关系，并不满足左手螺旋法则，但是，它们却依旧决定波动的传播方向。

在正常工作的电源中，由于在电荷运动之前已经有电性子从电源负极向正极的加速运动，所以在电源内部已经形成了如图2所示的电性子媒质线，电源正端为正极，下端为负极，故电源左侧的剪应变矢量的方向指纸内，右侧的方向则指向纸外。

当电源接通了外电路而形成正常的电流之后，正电荷从正源负极向正极运动，产生了向下方向的电性子反抗振源运动（尽管电荷的运动与电性子的运动方向相同，反抗振源运动并表现出来，但是，这种反抗运动还是存在的），故我们可以