電磁波簡介

電磁波是一種在空間中傳遞能量和動量的波動，是由同相且垂直振盪的電場和磁場組成的非機械波。它們不需要介質就可以傳播，在真空中以光速前進。

電磁波可以根據頻率從低到高分類，包括無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X 射線和伽馬射線。人眼只能感知波長約為 380 至 780 奈米的電磁波，稱為可見光。

電磁波的歷史

紅外線輻射於 19 世紀初被天文學家約翰·赫歇爾發現。詹姆斯·克拉克·馬克士威於 1865 年首先預測了電磁波的存在，而海因裏希·赫茲於 1887 至 1888 年間在實驗中證實。

電磁波的性質

電動力學的研究領域專注於電磁波的物理特性。根據馬克士威方程組，時變電場產生磁場，反之亦然。因此，振盪電場產生振盪磁場，而振盪磁場又產生振盪電場，共同形成電磁波。

電場和磁場都遵循疊加原理，它們可以相互疊加。電磁波在非線性介質中與電場或磁場互動，產生法拉第效應和克爾效應等現象。

當電磁波從一種介質傳播到另一種介質時，折射現象會改變它的方向和速度。稜鏡會將光波中的不同頻率電磁波分散成可觀測的電磁波譜。

電磁波具有波長和頻率等特性。波長是由相鄰波峯或波谷之間的距離決定的，而頻率則是波動的速率，單位是赫茲。在同一介質中，頻率和波長之間存在反比關係。

干涉是兩種或多種波相疊加形成新波形，可以是建設性或破壞性。電磁波的能量由電場和磁場中的能量組成，單位體積的能量可以用電場強度、磁場強度、真空電容率和真空磁導率表示。

由於加速運動的電荷或時變電磁場，電磁波得以產生。它們在自由空間中以光速傳播。更精確的物理行為計算需要考慮延遲時間的概念。

當交流電通過導體時，它也會發射與交流電具有相同頻率的電磁波。電磁波遵循不變速度原理，即使觀察者的速度變換，對於觀察者來説，電磁波在真空中總是以光速前進。

在不同於真空中，電磁波在介質中的傳播速度小於光速。折射率定義為光速與電磁波在介質中的速度之比。

根據波長的長度，電磁波可以進一步分類為無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X 射線和伽馬射線等。普通的光譜儀可以分析波長範圍為 2 奈米至 2500 奈米內的電磁波，從而獲取物體、氣體乃至恆星的物理性質。

人類的眼睛對波長在 400 奈米至 700 奈米之間的電磁波敏感，即所謂的「可見光」。電介質加熱是一種電磁極性分子在振盪電場中旋轉而吸收微波能量的電磁現象。微波爐利用這一原理，通過水分子旋轉更均勻地加熱食物。

馬克士威方程組

馬克士威方程組描述了電磁波在自由空間或介質中の普遍物理現象。它們定義了電磁場的空間和時間變化，其中電磁波波動方程是其主要應用之一。

電磁波方向判斷

電磁波方向判斷是確定電磁波傳播方向的一種技術。在許多應用中，例如雷達、通信和遙感，瞭解電磁波方向非常重要。

方法

電磁波方向判斷有許多不同的方法，每種方法都有其優缺點。常見的方法包括：

• 雷達：確定目標的位置和速度
• 通信：建立和維護通信鏈路
• 遙感：從遠處收集有關物體或區域的數據
• 電磁波學：研究電磁波的性質和行為

結論

電磁波方向判斷是一項重要的技術，在許多應用中發揮著關鍵作用。通過瞭解不同的方法和應用，我們可以充分利用電磁波傳播的特性。