七、电磁波谱

我们已经知道，无线电波是电磁波，其波长范围从几十千米到几毫米，现在又知道了光波也是电磁波，其波长不到 1 微米。可见，电磁波是一个很大的家族，包括的波长范围很大。光波里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。正象在可闻声波范围外还存在着大量的听不见的超声波和次声波一样，在可见光波范围外还存在着大量的看不见的红外线和紫外线。

一、红外线

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。给电炉丝通电，电炉丝的温度大约上升到 500 ℃ 以上时，才开始发出暗红色的光，随着温度的升高，它逐渐变成橙色、黄色；但在电炉丝发光之前，我们就已感到热了，这就是它发射了红外线的缘故。一切物体都可以发射红外线，温度较高的物体发出的红外线也较多。

红外线在工业、农业、军事、科研以及人民生活中都有广泛的应用，红外线技术已发展成为一门现代科学技术，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，红外线炉，红外线烤箱、红外线干燥器等，都是利用红外线来加热的。这种加热方法的优点是能使物体从内部发热，加热效率高，效果好。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，从卫星上用红外线对地面摄影，从照片上可以清晰地看出地面上的城市、街道、桥梁和房屋，这种摄影不受白天和夜晚的限制。利用红外成像技术可以制成军事上用的夜视仪，使人们在漆黑的夜间能够看见目标，一切物体，包括大地、云雾、冰块、人体、飞机和车船，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、预报台风寒潮等。红外线遥感技术的应用范围极其广泛，还在迅速发展中。

二、紫外线

紫外线是德物理学家里特在 1801 年发现的。如果在光谱的紫外区域放一张照相底片，或者放一个光敏电阻，都能够察知紫外线的存在。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，利用气体放电也可以激发紫外线。紫外线的主要作用是化学作用。紫外线很容易使照相底片感光。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，能使许多物质激发荧光，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。

三、伦琴射线

比紫外线波长还短的电磁波，有伦琴射线。德国物理学家伦琴（1845 ~ 1923）在 1895 年研究阴极射线的性质时，发现阴极射线的高速电子流射到玻璃管壁上，管壁会发出一种看不见的射线，这种射线的穿透本领很大，能使放在厚纸后面的荧光物质铂氰化钡发出荧光，并能使包在黑纸里的照相底片感光，伦琴当时不知道这是什么射线，把它叫做 X 射线。后来人们做了大量实验，发现高速电子流射到任何固体上，都会产生这种射线，并且从它产生的衍射现象知道它是波长很短的电磁波。为了纪念伦琴，就把这种射线叫做伦琴射线，图 6–16 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 10⁻³ ~ 10⁻⁵ 帕（10⁻⁵ ~ 10⁻⁷ 毫米汞柱），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，管内就产生很强的电场，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，就从那里激发出相当强的伦琴射线。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，我们将在第九章学习。

四、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 6–17），其中最长的波长是最短的波长的 10²¹ 倍以上，从图中可以看出，各种电磁波的范围已经衔接起来，并且发生了交错，例如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，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。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。

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。

发布时间：2025/6/19 下午8:38:56  阅读次数：271