电磁波是如何产生的?原理是什么?

电磁波是如何产生的?原理是什么?

感谢邀请。

这个问题看似很低端,好像学过初中物理的都应该知道。但细想来好像又从来没哪个老湿讲过,知乎上搜了一下也是语焉不详,于是我就开(lou)开(dong)心(bai)心(chu)地答一下吧..........

这种基础的问题当然要从基础的地方说起。不想探求具体原理的同学可以直接看最后加粗结论。

在组成一切的基本粒子中,有一种基本物理属性叫做电荷,电荷有正负之分。但电荷这种东西就像老婆,不是每个基本粒子都有的,有老婆,呸,有电荷的基本粒子我们叫做带电粒子。每个带电粒子的周围都有一种场,这种场的强度随距离粒子越远而减弱,这种场的唯一作用就是能够影响处于其中的其他带电粒子,如果一个负电粒子处于一个正电粒子的场中,它们就会相互吸引,如果处于同种电荷的粒子场中,他们就会相互排斥。这种场你们地球人称之为电场,这种相互吸引排斥的力称之为电磁力,这是宇宙间几个基本力之一。好了,基础的程度就深入到这里,如果有同学还要更基础地探寻一下电磁力的本质问题,那我只好双手一摊,白眼一翻.........(╯‵□′)╯︵┻━┻

但是,桥豆麻袋!电磁力电磁力,电是电场,磁又是毛?同学们不要急撒,我们知道宇宙中一切物质都是在运动中的,带电粒子也不例外。而当一个带电粒子运动的时候,其周围的电场自然也跟着运动,根据相对论效应,运动中的电场不再是均匀对称分布,会有一些“扭曲”(具体写相对论效应就太多了,一笔带过.....)。这时候再描述一个运动电场中另一个运动电场的受力情况就太复杂了,于是聪明的人类科学家引入了一种新的场来描述它,转化关系为 B=v *(E/c^2),v 是产生电场的那个粒子的移动速度,E 是电场强度,c 是真空光速。那 B 是啥?B 自然就是新的场的强度,称之为“磁场”。那所受的力就很好计算了,即 F=qv*B。

不耐烦的同学看这里:即磁场是电场的相对论效应

从公式 B=v *(E/c^2)我们可以明明白白地看出:磁场和电场是能够相互转化的。同样我们还能够进一步看出:电场是有限的,它从正电荷始,在负电荷止。但磁场没有初始点,也没有终止点。磁场线会形成循环或延伸至无穷远。于是我们回到那个运动的带电粒子里,它的电场被其他运动带电粒子干扰,相互受力,通过相对论效应转化为了磁场,但是它的磁场无限远,同样也影响到了其他的带电粒子,于是我们得到了力 F,F 使得电荷在磁场中运动,运动的电荷感应出了电流。于是磁场又再一次转化为了电场,如此循环复始,周而往复.......用语言描述实在是很难,可能是我的笔力不济,上述的数学表达为

这个公式描述磁场如何让感应出电场,为法拉第感应定律的积分形式,也是麦氏方程组的第三个方程。

结论:随时间变化的电场产生磁场,而随时间变化的磁场又产生电场,两者互为因果。这种不断转化的场我们统称为电磁场。这种相互的转化成为电磁振荡

呼...........讲了这么多,我们距离胜利终于只有一步之遥了!!什么是电磁波?在高频率的电振荡中,磁电互相转化速度极快快,能量不可能全部反回,于是电,磁能随着电场与磁场的周期变化以波的形式向空间传播出去。这就是电磁波了。

题外话:上面我们说到电磁转化原理和公式,所以电磁波中的电场和磁场同向震荡而又互相垂直,并且电磁波的传播方向垂直于电场和磁场所组成的平面。电磁波的产生从本质上来讲是因为带电荷的基本粒子的运动,而物质温度的高低本质上又是取决于其内部基本粒子的运动剧烈程度,只有在绝对零度下基本粒子才会静止,所以任何高于绝对零度的物质都会向外界辐射电磁波,而绝对零度的物质是不存在的。因此宇宙间的一切都在产生电磁波。在你们人类不知道电磁波原理的时候,将能看到的电磁波叫做“光”。如今知道这是指波长在 380 至 780nm 的电磁波,现在叫“可见光”。电磁波=光。两者完全等同。据我所见还有无数人将这两者认为是不同的东西,其中不乏很多至少学过初中物理的人。至于什么手机电脑电视机电冰箱电饭锅电热水器电动伸缩棒。。。的电磁波对人体有害之类的,既然如此你晒了这么多年太阳怎么还没死?我国九年制义务教育普及率还很低啊。。。咳咳。。扯远了,以上纯属跑题。

基本粒子间带电粒子周围存在电场,运动的电场形成磁场,运动的磁场又转化为电场,互相转化的电磁场以光速向外传播,形成电磁波。