下面列出了目前已知的发射电磁波的方式:
1、热辐射。
只要温度高于绝对零,任何物体(实际上是所有物体,到目前为止我们认为任何物体都不可能达到绝对零)都会辐射电磁波。 但辐射的强度和波长分布与物体的温度有关。 例如,在室温下您无法看到铁块发出的电磁波。 大部分是红外线(所谓红外测温原理就是测量此时辐射出的红外线。)。 当它烧成红色时,它开始发出红光并再次被加热。 ,会变成蓝色或白色,表明温度越高,发射的主波长越短。
应用距离:白炽灯依靠钨丝加热到一定温度来辐射光线。 火把,最原始的照明工具,主要就是依靠这个原理。
2、电磁振荡与天线组合
手机、广播电台、卫星电视台等利用电磁波进行通讯的设备,都是依靠振荡电路和天线的组合来发射电磁波。 只要磁场或电场振荡,就会辐射电磁波。 只是辐射效率不同而已。 振荡电路是能产生一定频率振荡电流的电路。 电流振荡导致电流产生的电场或磁场振荡。 既然产生了电场/磁场的振荡,就会发射电磁波,那为什么还需要天线呢? 这是因为天线的形状可以提高产生电磁波的效率。
应用实例:手机、广播电台、通信卫星、卫星电视台、对讲机、无绳电话以及其他使用电磁波通信的设备
微波炉也是通过振荡电流发射微波,但这种振荡不是发生在电线中,而是发生在真空管中。 原理是一样的。
3.外层电子跃迁辐射。
产生这种电磁波的原理是原子或分子的外层电子从高能级状态跃迁到低能级状态时会辐射电磁波。 这种辐射的范围可以从红外线到紫外线。 为了实现这种跃迁,我们首先需要将外层电子从较低能级状态移动到较高能级状态(也称为原子或分子被激发到高能级)。这里我们单独讨论
3.1 利用气体电离使气体分子/原子达到高能级状态
这种方法一般是在真空玻璃容器中填充一定的气体,然后用高压分解该气体,使其电离,从而将其激发到高能级状态。
应用实例:探照灯用的高压汞灯(光线为汞蒸气)、氙气灯(光线为氙气)、早期的弧光灯(光线为空气)
3.2 直接用电流激发到高能级
这种方法直接利用电流通过某种材料,将材料激发到高能级。
应用实例:发光二极管、液晶。
3.3 使用其他光源将其激发到高能级
这种方法利用其他光源发射的较高频率的光将材料激发到高能级,然后它回到较低的能级以发光。
应用实例:荧光灯(荧光灯内部是低压汞蒸气,被电流击穿电离而发出紫外线,属于3.1介绍的原理。但是这些紫外线照射到荧光灯表面涂有荧光材料,荧光材料被激发到高能级电磁波的产生,然后又回到低能级并发出可见光)、夜光笔、夜光手表:在发光过程中吸收阳光白天,将其激发到高能量水平,并在晚上慢慢恢复发光
3.4 利用化学反应释放的能量将材料中的分子或原子激发到高能级
例如:萤火虫、发光棒(弯曲后能发出冷光的照明灯具)。 另外,正如我刚才所说,燃烧主要利用的是原理1,但燃烧也会伴随着一定的这个原理。 火焰反应是通过在燃烧过程中将某种物质激发到高能级然后又回到低能级而产生的。
3.5激光。
其实激光产生的原理是3.1-3.4,但作为一种特殊的光源,我们单独讨论。 激光的特点是,由于泵浦源对物质进行激发(这里的泵浦源,或者说激发原理为3.1-3.4),所以物质始终保持在高能级。 当它被激发时,会突然跃迁到低能级,从而发出强大的脉冲,再加上谐振腔的作用,发出高质量的光。
例如:氦氖激光器使用原理3.1电磁波的产生,半导体激光器使用原理3.2,许多固体激光器需要其他激光器来泵浦并使用原理3.3,还有一些染料激光器使用原理3.4。
4、原子内层的电子被激发并移回原来的位置而发光。
利用这一原理发出的光称为X射线。 激发方法有很多种,常见的一种是用电子束轰击原子。
5. 原子核被激发到高能级,然后又回到低能级。
利用这一原理发出的光一般称为伽马射线。 原子核被激发的原因有很多,比如自然界中的核聚变、裂变、衰变等。 人工用粒子轰击原子核会引起激发,从而发射伽马射线。
另外,这个过程还可能激发内部电子,或者间接激发外部电子,从而导致原理3和原理4描述的现象发生。
6.各种微观高能粒子发生反应并发光。
例如,正电子和负电子的湮灭、某些粒子的消失等过程会发射电磁波。这种现象在大气中比较少见,但在物理实验中是有的。