下面列出了目前已知的發(fā)射電磁波的方式:
1、熱輻射。
只要溫度高于絕對(duì)零,任何物體(實(shí)際上是所有物體,到目前為止我們認(rèn)為任何物體都不可能達(dá)到絕對(duì)零)都會(huì)輻射電磁波。 但輻射的強(qiáng)度和波長分布與物體的溫度有關(guān)。 例如,在室溫下您無法看到鐵塊發(fā)出的電磁波。 大部分是紅外線(所謂紅外測溫原理就是測量此時(shí)輻射出的紅外線。)。 當(dāng)它燒成紅色時(shí),它開始發(fā)出紅光并再次被加熱。 ,會(huì)變成藍(lán)色或白色,表明溫度越高,發(fā)射的主波長越短。
應(yīng)用距離:白熾燈依靠鎢絲加熱到一定溫度來輻射光線。 火把,最原始的照明工具,主要就是依靠這個(gè)原理。
2、電磁振蕩與天線組合
手機(jī)、廣播電臺(tái)、衛(wèi)星電視臺(tái)等利用電磁波進(jìn)行通訊的設(shè)備,都是依靠振蕩電路和天線的組合來發(fā)射電磁波。 只要磁場或電場振蕩,就會(huì)輻射電磁波。 只是輻射效率不同而已。 振蕩電路是能產(chǎn)生一定頻率振蕩電流的電路。 電流振蕩導(dǎo)致電流產(chǎn)生的電場或磁場振蕩。 既然產(chǎn)生了電場/磁場的振蕩,就會(huì)發(fā)射電磁波,那為什么還需要天線呢? 這是因?yàn)樘炀€的形狀可以提高產(chǎn)生電磁波的效率。
應(yīng)用實(shí)例:手機(jī)、廣播電臺(tái)、通信衛(wèi)星、衛(wèi)星電視臺(tái)、對(duì)講機(jī)、無繩電話以及其他使用電磁波通信的設(shè)備
微波爐也是通過振蕩電流發(fā)射微波,但這種振蕩不是發(fā)生在電線中,而是發(fā)生在真空管中。 原理是一樣的。
3.外層電子躍遷輻射。
產(chǎn)生這種電磁波的原理是原子或分子的外層電子從高能級(jí)狀態(tài)躍遷到低能級(jí)狀態(tài)時(shí)會(huì)輻射電磁波。 這種輻射的范圍可以從紅外線到紫外線。 為了實(shí)現(xiàn)這種躍遷,我們首先需要將外層電子從較低能級(jí)狀態(tài)移動(dòng)到較高能級(jí)狀態(tài)(也稱為原子或分子被激發(fā)到高能級(jí))。這里我們單獨(dú)討論
3.1 利用氣體電離使氣體分子/原子達(dá)到高能級(jí)狀態(tài)
這種方法一般是在真空玻璃容器中填充一定的氣體,然后用高壓分解該氣體,使其電離,從而將其激發(fā)到高能級(jí)狀態(tài)。
應(yīng)用實(shí)例:探照燈用的高壓汞燈(光線為汞蒸氣)、氙氣燈(光線為氙氣)、早期的弧光燈(光線為空氣)
3.2 直接用電流激發(fā)到高能級(jí)
這種方法直接利用電流通過某種材料,將材料激發(fā)到高能級(jí)。
應(yīng)用實(shí)例:發(fā)光二極管、液晶。
3.3 使用其他光源將其激發(fā)到高能級(jí)
這種方法利用其他光源發(fā)射的較高頻率的光將材料激發(fā)到高能級(jí),然后它回到較低的能級(jí)以發(fā)光。
應(yīng)用實(shí)例:熒光燈(熒光燈內(nèi)部是低壓汞蒸氣,被電流擊穿電離而發(fā)出紫外線,屬于3.1介紹的原理。但是這些紫外線照射到熒光燈表面涂有熒光材料,熒光材料被激發(fā)到高能級(jí)電磁波的產(chǎn)生,然后又回到低能級(jí)并發(fā)出可見光)、夜光筆、夜光手表:在發(fā)光過程中吸收陽光白天,將其激發(fā)到高能量水平,并在晚上慢慢恢復(fù)發(fā)光
3.4 利用化學(xué)反應(yīng)釋放的能量將材料中的分子或原子激發(fā)到高能級(jí)
例如:螢火蟲、發(fā)光棒(彎曲后能發(fā)出冷光的照明燈具)。 另外,正如我剛才所說,燃燒主要利用的是原理1,但燃燒也會(huì)伴隨著一定的這個(gè)原理。 火焰反應(yīng)是通過在燃燒過程中將某種物質(zhì)激發(fā)到高能級(jí)然后又回到低能級(jí)而產(chǎn)生的。
3.5激光。
其實(shí)激光產(chǎn)生的原理是3.1-3.4,但作為一種特殊的光源,我們單獨(dú)討論。 激光的特點(diǎn)是,由于泵浦源對(duì)物質(zhì)進(jìn)行激發(fā)(這里的泵浦源,或者說激發(fā)原理為3.1-3.4),所以物質(zhì)始終保持在高能級(jí)。 當(dāng)它被激發(fā)時(shí),會(huì)突然躍遷到低能級(jí),從而發(fā)出強(qiáng)大的脈沖,再加上諧振腔的作用,發(fā)出高質(zhì)量的光。
例如:氦氖激光器使用原理3.1電磁波的產(chǎn)生,半導(dǎo)體激光器使用原理3.2,許多固體激光器需要其他激光器來泵浦并使用原理3.3,還有一些染料激光器使用原理3.4。
4、原子內(nèi)層的電子被激發(fā)并移回原來的位置而發(fā)光。
利用這一原理發(fā)出的光稱為X射線。 激發(fā)方法有很多種,常見的一種是用電子束轟擊原子。
5. 原子核被激發(fā)到高能級(jí),然后又回到低能級(jí)。
利用這一原理發(fā)出的光一般稱為伽馬射線。 原子核被激發(fā)的原因有很多,比如自然界中的核聚變、裂變、衰變等。 人工用粒子轟擊原子核會(huì)引起激發(fā),從而發(fā)射伽馬射線。
另外,這個(gè)過程還可能激發(fā)內(nèi)部電子,或者間接激發(fā)外部電子,從而導(dǎo)致原理3和原理4描述的現(xiàn)象發(fā)生。
6.各種微觀高能粒子發(fā)生反應(yīng)并發(fā)光。
例如,正電子和負(fù)電子的湮滅、某些粒子的消失等過程會(huì)發(fā)射電磁波。這種現(xiàn)象在大氣中比較少見,但在物理實(shí)驗(yàn)中是有的。