电磁振荡

振荡电流

大小和方向都做周期性迅速变化的电流。在振荡电路里产生振荡电流的过程中,电容器极板上的电荷量$q$、电路中的电流$i$、电容器里的电场强度$E$、线圈里的磁感应强度$B$,都在周期性地变化着,这种现象就是电磁振荡。

振荡电路

产生振荡电流的电路。由线圈$L$和电容器$C$组成的电路是最简单的振荡电路,称为$LC$振荡电路。

电磁振荡的周期与频率

  • 周期:电磁振荡完成一次周期性变化所需要的时间,即$T=2pi sqrt{LC}$。
  • 频率:电磁振荡完成周期性变化的次数与所用时间之比,即$f=\frac{1}{2pi sqrt{LC}}$。

麦克斯韦电磁场理论

  • 恒定的电场不产生磁场
  • 恒定的磁场不产生电场
  • 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场
  • 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场
  • 振荡电场产生同频率的振荡磁场
  • 振荡磁场产生同频率的振荡电场

电磁波

变化的电场和磁场并不局限于空间某个区域,而是由近及远地向周围空间传播开去。电磁场这样由近及远地传播,就形成了电磁波。

  • 电磁波是横波,电场方向、磁场方向与波的传播方向互相垂直
  • 电磁波传播不需要介质,在真空中的传播速度最大为$c=3.0 imes 10^8 m/s$
  • 电磁波可以脱离“波源”独立存在
  • 统一电磁波在不同介质中传播的频率不变,波速和波长会改变
  • 不同频率的电磁波在同一介质中传播时波速与频率有关,频率越高,波速越小
  • 电磁波具有波的共性,满足$v=lambda f$。能发生反射、折射、干涉、衍射、偏振、多普勒效应等现象

电磁波的发射、传播与接收

发射

发射电路要有足够高的振荡频率,频率越高,发射电磁波的本领越大。振荡电路的电场和磁场必须分散到尽量大的空间(可以使用开放电路),才能有效地把能量辐射出去。

调制

在电磁波发射技术中,使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制。

  • 调幅(AM):使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变化
  • 调频(FM):使高频电磁波的频率随信号的强弱而变化

传播

  • 天波:利用电离层的反射,主要用于中波、中短波与短波
  • 地波:利用波在地面上传播时的衍射,用于长波
  • 空间波(直线波):利用波的直线传播,仅用于微波,需要中转站

电磁波谱

按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把电磁波排列成谱。

电磁波的特性