定義和來源
電場(chǎng)是由電壓的差值產(chǎn)生的:電壓越高,產(chǎn)生的電場(chǎng)也會(huì)越強(qiáng)。磁場(chǎng)是由電流流過時(shí)產(chǎn)生的:電流越大,磁場(chǎng)越大。在沒有電流流過的時(shí)候,電場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生。如果有電流流過,磁場(chǎng)強(qiáng)度將隨著功率消耗的變化而變化(注:也就是說跟電阻大小有關(guān)系),但是電場(chǎng)強(qiáng)度保持恒定。
電磁場(chǎng)的自然來源
在我們周圍的環(huán)境中,電磁場(chǎng)無處不在,但是我們的眼睛看不到。在雷雨天氣時(shí),空氣中局部電荷的積累可以產(chǎn)生電場(chǎng)。而地球的地磁場(chǎng)可以讓指南針指向南北方向,鳥類和魚類就是用地磁場(chǎng)來判斷方向的。
電磁場(chǎng)的人造來源
除了自然來源以外,電磁波譜也包括了很多人造來源產(chǎn)生的電磁場(chǎng):X射線可以用來檢查運(yùn)動(dòng)時(shí)意外骨折的四肢;每一個(gè)電源插座的電力與極低頻電磁場(chǎng)有密切的聯(lián)系;擁有更高頻率的無線電波可以用來傳遞信息,無論是通過電視天線,廣播電臺(tái)還是手機(jī)基站。
波長和頻率的基礎(chǔ)知識(shí)
為什么不同形式的電磁場(chǎng)如此不同?
用來描述電磁場(chǎng)的主要特征之一是它的頻率或者說相應(yīng)的波長。不同頻率的電磁場(chǎng)會(huì)與人的身體以不同的形式發(fā)生相互作用。你可以把電磁波想象成以很快的速度——光速傳播的一串周期性的波動(dòng)。頻率描述了每秒鐘振動(dòng)或者周期的數(shù)量,波長描述了一列波和下一列波之間的距離。所以波長和頻率不可分割地交織在一起:頻率越大,波長越小。
一個(gè)簡單的比喻可以幫助你解釋這個(gè)概念:把一根長繩子綁在門把手上,手持繩子的另一端。上下緩慢移動(dòng)繩子,會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的波動(dòng)。更快的移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一串小的波動(dòng)。繩子的長度是固定的,你產(chǎn)生的波浪越多(高頻率),波浪之間的距離就會(huì)越?。úㄩL?。?br />
非電離性的電磁場(chǎng)和電離性的輻射有什么區(qū)別?
波長和頻率決定了電磁場(chǎng)的另外一個(gè)特性:電磁波是以小微粒光子作為載體的。高頻率(短波長)電磁波的光子會(huì)比低頻率(長波長)電磁波的光子攜帶更多的能量。一些電磁波的每個(gè)光子攜帶的能量可以大到擁有破壞分子間化學(xué)鍵的能力。在電磁波譜中,放射性物質(zhì)產(chǎn)生的伽馬射線,宇宙射線和X光具有這種特性,被稱作“電離性輻射”。光子的能量不足以破壞分子化學(xué)鍵的電磁場(chǎng)稱作“非電離性輻射”。組成我們現(xiàn)代生活重要部分的一些電磁場(chǎng)的人造來源,像電力、微波、無線電波,在電磁波譜中處于相對(duì)長的波長和低的頻率一端,它們的光子沒有能力破壞化學(xué)鍵。
低頻率的電磁場(chǎng)
任何時(shí)候只要一個(gè)正電荷或者負(fù)電荷存在的時(shí)候,電場(chǎng)就會(huì)存在。它們會(huì)對(duì)電場(chǎng)范圍內(nèi)的其他電荷施加作用力。電場(chǎng)強(qiáng)度的大小是以伏/每米(V/m)為單位來衡量的。任何一條接電的電線都會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。沒有電流流過的時(shí)候,電場(chǎng)依然存在。電壓越大,距離電線一定距離的電場(chǎng)強(qiáng)度也會(huì)越大。
電場(chǎng)在距離電荷或者通電的導(dǎo)體距離很近的時(shí)候強(qiáng)度最大,強(qiáng)度會(huì)隨著距離的增大而迅速衰減。像金屬一樣的導(dǎo)體可以有效地屏蔽電場(chǎng)。其它的材料,像建筑材料和樹木可以提供一定的屏蔽能力。所以,房屋外面的輸電線產(chǎn)生的電場(chǎng)可以因?yàn)閴Ρ?,建筑和樹木的阻擋而降低。?dāng)輸電線掩埋在地下的時(shí)候,地面的電場(chǎng)強(qiáng)度幾乎檢測(cè)不到。
磁場(chǎng)是由電荷的移動(dòng)產(chǎn)生的。磁場(chǎng)強(qiáng)度是由安培/每米(A/m)為單位來衡量的。在電磁場(chǎng)的研究中,更常見的情形是,科學(xué)家使用一個(gè)有關(guān)的數(shù)值,磁通量密度(單位微特µT)來代替A/m。相比于電場(chǎng),磁場(chǎng)只有在一件設(shè)備的電源開關(guān)打開,電流流過的時(shí)候才會(huì)產(chǎn)生。電流越大,磁場(chǎng)強(qiáng)度就會(huì)越大,
和電場(chǎng)一樣,磁場(chǎng)在距離它們的源頭最近的時(shí)候強(qiáng)度最大,強(qiáng)度會(huì)隨著距離的增大迅速減小。磁場(chǎng)不會(huì)被建筑材料一類的普通材料所阻擋。
電場(chǎng)
將電器的電線插到插座里,電器周圍的空氣中就會(huì)有電場(chǎng)存在。電壓越大,產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度越大。由于即使沒有電流流過的時(shí)候,電壓仍然存在,電器周圍不是只有電器開關(guān)打開的時(shí)候才存在電場(chǎng)。
磁場(chǎng)
磁場(chǎng)只有電流流過的時(shí)候才會(huì)產(chǎn)生。在房間里,磁場(chǎng)和電場(chǎng)可以同時(shí)存在。電流越大,磁場(chǎng)越大。高電壓用于電力的傳輸和分配,相對(duì)低的電壓用于家庭的使用。電力傳輸線每天使用的電壓會(huì)有些許變化,而電力傳輸線中的電流會(huì)隨著電力消耗的大小而變化。
電器的電線周圍的電場(chǎng)只有在把插頭拔掉或者墻上電源插座的開關(guān)關(guān)閉的時(shí)候才不會(huì)存在,不過電場(chǎng)在墻上插座后面的電線周圍還是存在的。
靜止的電磁場(chǎng)和隨著時(shí)間變化的電磁場(chǎng)有什么區(qū)別?
靜止的電磁場(chǎng)不會(huì)隨著時(shí)間變化。直流電(DC)是只朝著一個(gè)方向流動(dòng)的電流。在電池驅(qū)動(dòng)的電器中,電流由電池流向電器,再由電器流回電池。這將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)靜止的磁場(chǎng)。地球的地磁場(chǎng)也是一個(gè)靜止的磁場(chǎng)。一塊磁鐵周圍的磁場(chǎng)同樣是這樣的,把鐵屑撒到磁鐵的周圍就可以觀察到磁場(chǎng)的模式。
作為對(duì)比,隨著時(shí)間變化的電磁場(chǎng)是由交流電產(chǎn)生的。交流電在周期性的時(shí)間段中會(huì)來回反向流動(dòng)。在大多數(shù)歐洲國家,電流的方向以每秒50次的頻率改變,或者說50Hz。同樣的,產(chǎn)生的相應(yīng)的電磁場(chǎng)的方向也會(huì)以每秒50次的頻率改變方向。北美電力使用的頻率是60Hz。
低中高頻率的電磁場(chǎng)來源各是什么?
電器產(chǎn)生的隨著時(shí)間變化的電磁場(chǎng)是極低頻電磁場(chǎng)(ELF)的一個(gè)例子。極低頻電磁場(chǎng)的頻率通常小于300Hz。其他一些設(shè)備可以產(chǎn)生300 Hz到10 MHz的中頻電磁場(chǎng)和10 MHz到300 GHz的射頻電磁場(chǎng)。電磁場(chǎng)對(duì)人體的作用不只取決于它們的強(qiáng)度,也取決于它們的頻率和能量。我們的電源和各種電器是極低頻電磁場(chǎng)的主要來源;計(jì)算機(jī)顯示屏、防盜設(shè)備和安全檢查系統(tǒng)是中頻電磁場(chǎng)的主要來源;收音機(jī)、電視、雷達(dá)、手機(jī)天線和微波爐是射頻電磁場(chǎng)的主要來源。這些電磁場(chǎng)可以在人體中產(chǎn)生感應(yīng)電流,如果電流足夠強(qiáng)大可以產(chǎn)生一系列的效應(yīng)。比如加熱和電擊,這取決于電磁場(chǎng)的強(qiáng)度和頻率范圍。(然而要產(chǎn)生這些效應(yīng),人體周圍的電磁場(chǎng)強(qiáng)度必須非常的強(qiáng),遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常環(huán)境下的電磁場(chǎng)強(qiáng)度)
高頻率的電磁場(chǎng)
手機(jī)、電視和廣播發(fā)射臺(tái)以及雷達(dá)可以產(chǎn)生射頻的電磁場(chǎng)。這些電磁場(chǎng)可以用來長距離地傳遞信息,是全世界廣播、電視和電信存在的基礎(chǔ)。微波是GHz范圍的高頻率射頻電磁場(chǎng),在微波爐里,我們可以用微波來快速加熱食物。
在射頻頻段,電場(chǎng)和磁場(chǎng)緊密的聯(lián)系在一起,我們通常以功率密度,瓦/平方米(W/m2)來衡量它們的強(qiáng)度。
要點(diǎn)總結(jié):
- 電磁波譜既包含了自然產(chǎn)生的,也包含了人造的電磁場(chǎng)來源。
- 頻率和波長反映了電磁場(chǎng)的特性。在電磁波中,這兩個(gè)特性直接互相聯(lián)系在一起,頻率越高,波長就越短。
- 像X射線、伽馬射線一類的電離性輻射包含了能量足以破壞分子間化學(xué)鍵的光子。工頻(譯者注:各種電力設(shè)備、電源、電器的頻率,主要是極低頻)和射頻的電磁波的光子的能量則低得多,沒有電離性作用。
- 只要電荷存在,電場(chǎng)就會(huì)存在,電場(chǎng)強(qiáng)度的大小是以伏/每米(V/m)為單位來衡量的。磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的。它們的磁通量密度使用微特(µT)和毫特(mT)為單位來衡量。
- 在射頻和微波的頻率,電場(chǎng)和磁場(chǎng)作為電磁波的兩個(gè)元素來一起考慮。以瓦/平方米(W/m2)為單位的功率密度被用來衡量此類電磁場(chǎng)的強(qiáng)度。
- 低頻率和高頻率的電磁波以不同的方式影響人體
- 我們生活中低頻率電磁場(chǎng)的主要來源是電源和電器,射頻電磁場(chǎng)的日常來源主要是電信設(shè)備、廣播天線和微波爐。
文章來源于果殼網(wǎng)。
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