什麼是電和磁及電磁力輻射?

2020-12-18 星空葉百科

電和磁

電能的用處廣泛,不管是日常生活所需的熱量和光,還是驅動電腦工作所有的微脈衝信號,無不來自於電能。電和磁是密切相關的,磁力是磁體間的一種不可見力。變化的電場產生磁場,而切割磁力線也會產生電場。電和磁轉化過程中生成的力,我們稱之為電磁力。

磁力

磁鐵是特殊的金屬(通常是鐵),能夠吸引帶有磁性的物質(如鐵和鋼),磁鐵周圍都存在磁場,磁體通過磁場對外界產生作用力。靠近磁鐵兩端(也稱為磁極)的地方磁場最強,越遠離磁極磁場就越弱,磁極兩端的磁場方向相反,一端為北極,一端為南極。異性相吸,同性排斥,也就是北極與南極相互吸引,而北極與北極或南極與南極相互排斥。

電力的傳輸

當磁體和金屬線圈彼此接近做著相互運動時,線圈中會產生感應電流,這是由磁力驅動線圈中的自由電子定向運動所形成。電廠就是根據這個原理來發電,以水流或者噴射的水蒸氣和風為動力,推動線圈轉動切割磁力線,線圈中就有電流產生。通過電線,電就被傳輸到我們的家庭、學校或者工廠當中。配電線路可以分為地上的架空線和地下電纜兩種。

靜電

靜電是由電子運動產生。電子是一種帶電粒子,如果物體得到電子它就帶負電,相反如果失去電子就會帶正電。當兩種不同的物體相互摩擦電子會發生轉移,從而使得兩個物體都帶電,得到的電子的帶負電,失去電子的帶正電。因此電荷在帶電物體上是靜止的,不能移動,所以稱為靜電。

電流

能夠自由導電的物體稱為導體。如同合金等金屬就是電的良導體,可以作為導線和連接電路。因為這類金屬導體裡有很多的自由電子,可以在電線中自由運動。閉合電路中的大量電子的定向移動形成電流。

直流電

電池組可以提供驅動電子在閉合電路中定向移動時所需的能量,所產生的電流方向恆定不變,因而被稱為直流電。直流電(簡稱DC),又稱「恆流電」,恆定電流是直流電的一種,是大小和方向都不變的直流電。

交流電

我們平時用的220V 50HZ(簡稱市電)的電是交流電,因為交流電的信號不是恆定不變的,所以不同於直流電,它的方向是會隨著時間發生改變的,而直流電沒有周期性變化。

通常交流電(簡稱AC)波形為正弦波。交流電可以有效傳輸電力。但實際上還有應用其他的波形,例如三角形波、正方形波。

電磁鐵

當電流流過導體時,在導線周圍產生磁場。如果在線圈中心插入鐵芯,磁場強度會進一步加大,人們將這種電磁鐵稱為「電磁鐵」。與一般電磁鐵不同,電磁鐵可以用開關來控制,比如電流斷開,電磁鐵中的磁場就消失。

電磁輻射

可見光、電波信號、微波爐中的微波、火中的熱輻射以及醫院中的X光都是電磁輻射。由於這些輻射既是電又是磁,所以稱為「電磁波」電磁波沿用直線傳播速度與光速相同。在真空中,電磁波的傳播速度每秒30萬千米。以這樣的速度電磁波僅1/10秒就可以環地球一周。不同的種類的電磁波,波長也各類不同。

能量波

電子發射出的電磁波能夠覆蓋的頻率範圍很廣。我們平時用肉眼看到的光叫做可見光,它在電磁波譜中只佔很窄一段頻率範圍。在電磁波譜中一端是無線電波和微波,由於其波長太長,所以人類是看不見的;另外一端是紫外線和X光,它們則是由于波長太短,人類也無法看到。

太陽

到達地球的大部分輻射都來自於太陽,太陽不斷向外射著巨大的能量。太陽輻射中的一部分波,如可見光和X射線。幸運的是,地球大氣層只讓人類所需的可見光和熱通過,而把對人類有害的輻射,如紫外線和X光射線屏蔽掉。

熱像儀

熱的物體會向外輻射電磁波,人們雖然無法用肉眼看到這些輻射波,但是通過熱像儀可以檢測到這種波的存在,並且可以拍攝。在照片裡最為明亮的部分就是物體溫度最高的部分,其黑暗部分就是溫度最低的部分。即使是在全黑的地方,熱像儀也能起到這個作用,因為它不需要光就能成像,熱像儀清晰地顯示出人體的不同部位和溫度的變化,像醫生可以根據此診斷疾病。該儀器就還可以用在監測野生動物晚上的生活習性。

輻射的危害

有些電磁輻射是很危險的,即使是來自於太陽的低能輻射也能造成各種有害疾病。如果長時間的太陽浴會導致皮膚癌,不過最主要的危害是來自於X光,Y射線等高能短波射線。這些射線可以使生物組織細胞產生電離,從而破壞生物組織,影響身體正常的生理機能。因此從事X光檢查的醫學人員在操作這類時,要躲在屏幕後面加以嚴防護。

宇宙電波

電磁波的傳播與聲波不同,聲波的傳播需要一定的介質,而電磁波卻不需任何物質即可在真空中傳播。我們可以通過衛星利用電磁波與太空中的太空人取得聯繫。

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