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第6章 电磁波

阳光是电磁波,打雷闪电也产生电磁波,还可用人工方法发射电磁波。那么,电磁波究竟是什么呢?

我们知道,水波总是一起一伏、一圈一圈向四周扩散,遇上水面的小草、小树,就会绕过去;遇到堤、岸等高大物就被阻挡住了,还会往回反射;这些水波直到“劲”儿用完了才会消失。电磁波和水波一样都是物质运动的一种形式,是振动和能量的传播。如果俯视水波,可以看到一圈圈同心圆,如果“切开”就是图1-2所示的样子:

图1-2它的最高点叫波峰,最低点叫波谷。波还有它的频率,即单位时间内完成振动的次数;有波长,即2个相邻波峰之间的距离;有波速,即波在1秒钟之内“跑”的距离:波速=波长×频率。

电磁波,即电波,虽然无色、无味,但它确实存在。英国物理学家麦克斯韦首先预言了电波的存在。他研究了电磁感应现象,认为既然变化的磁场可以在周围空间产生变化的电场,变化的电场在其周围空间也可以产生变化的磁场,这个变化的磁场周围空间又可以产生变化的电场……由此交替产生,一点一点向外扩散,越传越远,如同我们看见的水波扩散那样。因为它是由电场和磁场组成的,所以叫电磁波。1887年,德国物理学家赫兹第一次用人工方法产生出电磁波,1895年俄国科学家波波夫第一次用人工方法接收到自然界产生的电磁波。

电波的速度也就是光速,每秒钟跑30万千米,也就是说1秒钟可绕地球7.5圈,电波在运动中也会反射、绕射、折射和透射。电波和电流的传播相反,在导电性越好的物体里,电波越不容易传播;如果是理想态的导体,电波就根本传不进去,而只能聚集在其表面。

电波有它的波源——产生它的装置(或物体)。在无线电技术中,使产生出的电波离开波源飞向目的地,叫“辐射”,电波的频率越高,辐射能力越强。我们常听到电波是音频电波,简称音频。它的频率和声波频率相同,是电波中频率最低,因而也是辐射能力最弱的。要把音频远距离输送,就得让它“乘坐”正弦波。

正弦波是高频率、辐射能力强的电波,它的频率不变,振幅不变,波形特别规则,有人把它比做可供人们“写字”、“画画”的信纸。它的样子如图1-3所示。

图1-3

如何用它运载音频电波呢?这就要经过“调制”。调制有2种方法:①“调幅法”,就是用音频电波(也称音频信号)调节高频正弦波的振幅,结果是振幅大小变化了,而频率保持不变。②“调频法”,就是用音频信号来调节高频正弦波的频率,结果是频率变了,振幅保持不变。

经过调制的高频正弦波进行传播,收音机把高频电波变换成音频电信号,再变换成声波,我们就听到悦耳动听的歌曲、逗人发笑的相声了……

电视广播也需要调制,但比电声广播更复杂:首先要把图像变成弱强不同(乃至色素不同)的光,再用光电器件把光能变成视频电波,然后用视频电波调节高频正弦波……

电话不用调制。因为它是有线传播而不是无线传播,它们只需把声波变成音频电波,由电线传播出去,在收话机里再把音频电波变成声波。现在人们普遍使用的手机信号是需要调制的。

电声广播、电视广播离不开发射装置,发射装置是波源,它的功能是产生一个被信号调制了的高频电磁振荡,把这种高频电磁振荡送到发射天线,再由发射天线把无线电波辐射出去。发射机里用来产生高频电磁振荡的电路,叫做振荡电路。

人们把方向和大小都作周期性变化的电流叫做振荡电流。交流电就是振荡电流。人们用一种装置,如线圈和电容器(它由2组交叉排列的金属板构成,并能贮存电场的能量)组成振荡电路,使它产生振荡电流。在这个过程中,通过线圈的电流和电容器极板上的电荷,以及与电流和电荷相联系的磁场和电场的能量,发生了周期性变化,这种现象叫做电磁振荡。

发射天线辐射出的无线电波,被收音机、电视机等接收过来,我们才能听到歌声,看到画面。

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