电磁波科学成果（现代科技的神经）

电磁波是现代科技的神经。从某种意义上说，一个国家的科技越发达，对电磁波的研究和利用越广泛和深入。

电磁波有一个很大的家族和一个宽广的波谱。从波长最长的无线电波到波长最短的伽马射线依次有：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、射线和射线。

电磁波的波长和频率变化的范围很大，其中最长的波长与最短波长的比可达倍。

图1 电磁波谱图

电磁波是怎样产生的？静止的电荷只能在其周围产生静电场，匀速运动的电荷（或稳定的电流）只能在其周围产生稳定的电场和磁场，但这些都不是电磁波。

只有加速运动的电荷(或变化的电流）才能在其周围产生连续变化和可以在空间传播的电场和磁场（电磁扰动）,形成电磁波。

以最简单的电磁波即简谐电磁波（其电场和磁场都做简谐变化的电磁波）为例，说一说电磁波的特性：

电磁波在空间传播不需要介质，这一点与机械波不同；但是它可以在介质中传播。

电磁波是横波，其电场E和磁场B的方向总是垂直于电磁波的传播方向；且电场E和磁场B也互相垂直。电磁波传播的方向就是矢量积EB 的方向。

图2 电磁波是横波

电磁波的电场和磁场具有相同的相变，即电场E和磁场B的幅值同时达到各自的极大值、零或极小值。

电磁波的电场和磁场的大小之比是确定的：EBC，这个比值就是光速。

光是一种电磁波，它在真空中传播的速度 C；电磁波在真空中传播的传播速度都等于光速（分别是真空中的介电常数和磁导率）。

电磁波在介质中的传播速度都小于其在真空中的速度：（分别是介质的介电常数和磁导率）。

和光具有波粒二象性一样，电磁波也具有波粒二象性。与可见光相比，其波长越长(或频率越低)，其波动性越明显而粒子性越弱；反之其波长越短（或频率越高），其波动性越弱而粒子性越强。

电磁波携有能量，其能量用能流密度(坡印亭矢量)来衡量： SEB，坡印亭矢量的方向与电磁波的传播方向相同。

电磁波的强度：。（式中是电场的振幅）

电磁波具有动量，其大小用动量密度来衡量：。

电磁波的辐射压强：(当电磁波全部被吸收）；

(当电磁波全部被反射）。

如果电磁波沿轴传播，其在y轴的电场 E(x,t)=j;其在z轴的磁场

B(x,t)=k。

式中分别是电场和磁场的振幅，分别是波数和角频率，j和k分别是y轴和z轴上的单位矢量。

电磁波在真空中的波动方程：电磁波沿着直角坐标系的轴传播，电场E和磁场B的振荡方向分别平行于y轴和z轴

电场的波动方程：,

磁场的波动方程：。