第四节、电磁波

一、电磁波的产生

从麦克斯韦的电磁场理论可以知道：如果在空间某处发生了不均匀变化的电场，就会在邻近的空间引起变化的磁场，这个变化的磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场，接着又在更远的空间引起新的变化的磁场。这样，变化的电场和变化的磁场并不局限于空间某个区域，而要由近及远向周围空间传播开去，电磁场这样由近及远地传播就形成电磁波。

在图 4–1 所示的振荡电路中有振荡电流时，会产生周期性变化的电场和磁场，这种电场和磁场的变化是不均匀的，因而会激起电磁波向外传播（图 4–6）。电磁波的周期和频率等于激起电磁波的振荡电流的周期和频率，振荡电路中有振荡电流时，电荷做快速振动，可见做快速振动的电荷会激起电磁波。

二、电磁波的特点

图 4–7 表示作正弦变化的电场或磁场所引起的电磁波在某一时刻的波的图象。波峰表示在该点的电场强度 E 或磁感应强度 B 在正方向具有最大值，波谷表示在该点的 E 或 B 在反方向具有最大值。两个相邻的波峰（或波谷）之间的距离等于电磁波的波长。在任一时刻，E 和 B 沿电磁波的传播方向是作正弦变化的，在传播方向上的任一点，E 和 B 都是随时间作正弦变化的，即 E 和 B 在振动。E 的振动方向平行于 x 轴，B 的振动方向平行于 y 轴，它们彼此垂直，而且都跟波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。

电磁波在空间以一定的速度传播，图 4–8 表示经过一个周期 T 电磁波向前传播的情形。可以看出，经过一个周期 T，电磁波传播的距离等于波长 λ。因此，我们在高中一年级学过的波长、频率（或周期）和波速之间的关系，即 v = λ/T = λf，对电磁波也完全适用。

麦克斯韦从理论上预见：电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，即电磁波在真空中的传播速度 c = 3.00×10⁸ m/s，这个论断后来得到了实验证实。从理论上发现电磁波以光速传播，这是物理学史上最伟大的成就之一。后面我们学到光学时还要说明这一点。

从场的观点来看，必须把场看作能量的贮存场所，电场贮存电能，磁场贮存磁能，电磁场贮存电磁能。因此，电磁波的发射过程，也就是辐射能量的过程。电磁波在空间传播，电磁能就随同着一起传播。

电磁波虽然可以由做快速振动的电荷所激起，但它可以脱离电荷而独立存在，设想一个振动的电荷突然停止运动，它的场就变成了静电场。原先它所激起的电磁波并不随同消失，而是在空间继续传播着。这时电磁波独立地存在着，我们可以象研究任何其他事物的变化过程一样来研究电磁波的变化过程。

电磁波有一点跟机械波大不相同，机械波要靠媒质来传播，电磁波可以在真空中传播，它的传播并不需要靠别的物质来做媒质；由于变化的电场和变化的磁场具有密不可分的联系，电磁波本身就能够传播。

电磁波可以脱离电荷而独立存在，并且不需要别的物质来做媒质就能够在空间传播，电磁波也具有能量。这样看来，电磁场跟由原子、分子组成的物质（通常叫做实物）一样，都是不依赖于我们感觉的客观存在，电磁场是物质的一种特殊形态。

现在让我们引用大科学家爱因斯坦的话作为本节的结束。他说：“在麦克斯韦的理论中，电场和磁场，或简单些说电磁场，是一种实在的东西”，“在一个现代物理学家看来，电磁场正和他所坐的椅子一样地实在”，“对目前来说，我们仍然需要认定场与实物都一起存在”。（引自爱因斯坦，英费尔德著：《物理学的进化》）

发布时间：2025/4/9 下午10:27:02  阅读次数：246