光的电磁说电磁波谱

2005/1/7/16:28光的电磁说 

    光的干涉和衍射现象无可怀疑地证明了光是一种波。到19世纪中期，光的波动说已经得到公认。但是光波的本质问题仍然没有解决。人们总是习惯于按照机械波的模型把光波看成是在某种弹性介质里传播的振动。到了19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦提出了电磁波的理论，认为变化的电场和变化的磁场联系在一起形成的统一的电磁场，能以波的形式从它产生的地方向四周传播，并且从理论上得出了电磁波的传播速度跟实验测得的光速相同。在这个基础上，麦克斯韦提出光是一种电磁波。这就是光的电磁说。 

　　1888年，赫兹用实验证实了电磁波的存在，并且证明了电磁波也跟光波一样具有反射、折射、干涉、衍射等性质。他还通过干涉实验测出了一定频率的电磁波的波长，算出了电磁波的波速，结果跟麦克斯韦关于电磁波的波速等于光速的预言符合得相当好。这就证明了麦克斯韦的光的电磁理论是正确的。 

　　红外线 

    在电磁波中，能够作用于我们的眼睛并引起视觉的部分，只是一个很窄的波段，通常也叫做可见光。在可见光波范围外还存在着看不见的红外线和紫外线。 

　　红外线是英国物理学家赫谢耳在1800年发现的，他用灵敏温度计研究光谱里各种色光的热作用时，把温度计移到光谱的红光区域外侧，它的温度上升得更高，说明那里有看不见的射线照射到温度计上。这种射线后来就叫做红外线。红外线最显著的作用是热作用。所以，可以利用红外线来加热物体，烘干油漆和谷物以及进行医疗等。红外线的波长比红光还长，因此衍射现象比较显著，容易透过云雾烟尘，所以，利用对红外线敏感的底片可以进行远距离摄影和高空摄影，这种摄影还不受白天和夜晚的限制。由于一切物体，都在不停地辐射红外线，并且不同的物体辐射的红外线的波长和强度不同，利用灵敏的红外线探测器吸收物体发出的红外线，然后用电子仪器对接收到的信号进行处理，就可以察知被探测物体的特征。这种技术叫做红外线遥感。利用红外线遥感技术，可以在飞机或卫星上勘测地热、寻找水源、监测森林火情、估计农作物的长势和收成、预报台风和寒潮等。红外线遥感技术的应用正在迅速发展中。 

　　紫外线 

    紫外线是德国物理学家里特在1801年发现的。如果在光谱的紫外区域放一张照相底片，底片就会感光。紫外线的波长比紫光还短。一切高温物体，如太阳、弧光灯发出的光都含有紫外线。紫外线的主要作用是化学作用。用紫外线照相能辨认出细微差别，例如可以清晰地分辨出留在纸上的指纹。紫外线有很强的荧光效应，能使许多物质发出荧光。日光灯和农业上诱杀害虫用的黑光灯，都是用紫外线来激发荧光物质发光的。紫外线还有杀菌消毒作用。医院里常用紫外线来消毒病房和手术室。紫外线还能促进生理作用和治疗皮肤病、软骨病等。经常在矿井下劳动的工人，适当地照射紫外线，能促进身体健康。但过强的紫外线能伤害人的眼睛和皮肤。电焊的弧光中有强烈的紫外线，因此电焊工在工作时必须穿好工作服，并戴上防护面罩。 

　　伦琴射线 

    比紫外线波长还短的电磁波，有伦琴射线，也叫X射线，是德国物理学家伦琴在1895年发现的，它的穿透本领很大，能使包在黑纸里的照相底片感光。高速电子流射到任何固体上，都会产生这种射线。图8-10是产生伦琴射线的装置，叫做伦琴射线管。图中的螺旋钨丝K是它的阴极，用钨或铂制成的电极A是它的阳极，又叫对阴极。管里的真空程度很高，气压约为10-5～10-3帕。用电池组或变压器给钨丝K通电，钨丝达到赤热状态就向周围发射电子。把管的阴阳两极接到几万伏的高压电源上，炽热钨丝发出的电子在电场力的作用下以很大的速度射到对阴极上，从那里激发出相当强的伦琴射线。由于伦琴射线穿透物质的本领跟物质的密度有关系，在工业上可以用它来检查金属部件有没有砂眼、裂纹等缺陷，在医学上可以用它来透视人体，检查体内的病变和骨折的情况。

    此外，还有比伦琴射线波长更短的电磁波，那就是放射性元素放出的γ射线。

　　电磁波谱 无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线合起来，构成了范围非常广阔的电磁波谱（图8-11），其中最长的波长是最短的波长的 1021倍以上.不同的电磁波产生的机理不同.无线电波是振荡电路中自由电子的周期性的运动产生的，红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的，伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生的，γ射线是原子核受到激发后产生的。但是，从图中可以看出，长波的红外线和微波已经重叠，短波的紫外线已经进入伦琴射线的区域.所以，它们之间的区别并没有绝对意义。总的说来，从无线电波到γ射线，都是本质上相同的电磁波，它们的行为服从共同的规律，但另一方面，由于它们的频率或波长不同而又表现出不同的特性，例如，波长较长的无线电波，很容易表现出干涉、衍射等现象，但对波长越来越短的可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线，要观察到它们的干涉、衍射现象，就越来越困难了。