光會發生反射、折射、繞射及干涉等波動現象,因此光是其中一種波。那麼光是哪一種波呢?實驗表明,光是電磁波 (electromagnetic wave)。事實上,除日常生活中肉眼可見到的光外,紅外線和紫外線這些肉眼看不到的「光」,也是電磁波。而日常生活中也常聽到的X射線、無線電波等,亦為電磁波。電磁波顯然是一個「大家族」,那麼,何謂電磁波呢?
實際上,電磁波就是由電場和磁場組成的()。 電場和磁場會互相垂直,其強弱會像波浪般不斷變化,形成波動,並以垂直於電場和磁場的方向傳播。如果在電磁波經過的位置上有帶電荷的粒子(如電子),那些粒子就會振動起來。由於電磁波的傳播方向垂直於電場和磁場的振動方向,所以它是橫波。換言之:
光為橫波的一個例子。
電磁波與機械波(如水波及聲波)有何相同及不同的地方?兩種波一樣都有波的特性,會發生反射、折射、繞射和干涉現象。但另一方面:
而機械波則一定需要介質來傳播的。
電磁波在真空中的傳播速率稱為光速,會用符號 \(c\) 表示、及其大小為:
\(c=3\times {{10}^{8}}\ \text{m}\ {{\text{s}}^{-1}}\)
不過,電磁波在介質中的傳播速率會較慢(見)。
如何產生電磁波呢?如果您已學過電磁學,可細閱以下說明以作概括了解,作為參考。
根據電磁學理論可知,靜止的電荷在空間中能產生穩定的電場;而均勻分佈的電荷以勻速於導線中運動時,便形成穩定的電流,並在其周圍的空間產生穩定的磁場。前述這兩種情況中,空間中各點的電場強度或磁場強度都是恆定、即是不會發生變化的。然而,當電荷作加速運動或電流不穩定,因而發生變化時,根據電磁感應,隨時間而變的磁場會產生電場,而隨時間而變的電場亦會產生磁場。
由以上說明可推斷,當有一顆電荷在平衡位置振盪時,便產生一個變化的電埸,及相應的變化的磁埸。這便類似於在一根繩子的末端抖動,而產生機械波那般。總括而言,當電荷振盪或電流隨時間而變時,所產生的電場與磁場也會隨時間而變。因為隨時間變動的磁場會生成電場,而隨時間變動的電場也同樣會產生磁場,兩者交互影響、向外傳播出去,便產生出電磁波。
傳播電磁波的媒介 | 電磁波的傳播速率 (\(\text{km}\ {{\text{s}}^{-1}}\)) |
---|---|
真空 | 300 000 |
空氣 | 稍低於 300 000 |
水 | 226 000 |
玻璃 | 200 000 |
鑽石 | 124 000 |