大家好,我是RF小木匠
今天我們一起來討論一個問題:電磁波到底能不能穿透金屬?這個問題來源于射頻學堂微信群的一個討論。對于一個工程技術出身的我來說,答案肯定是No!但是真正的答案是什么呢?到底有沒有可以穿透金屬的電磁波?跟著我一起去尋找答案。
我們先來講第一個問題,什么是電磁波?這個我們做過一個專題《重走電磁之路》,電磁波的發(fā)現(xiàn)也不過兩百年的歷史,但是這兩百年卻徹徹底底改變了我們的生活。我們從《麥克斯韋方程組》,討論到《麥克斯韋方程組的物理意義》再到《電磁波的三要素》,再到《如電磁波的極化》。我們講述的都是射頻范疇的電磁波,也是目前通信系統(tǒng)應用最廣泛的電磁波——微波。但其實從廣義上講,電磁波是一種由同相?且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發(fā)射的震蕩粒子波,是以波動的形式傳播的電磁場,如下圖所示。
電磁波和我們剛介紹的聲波有本質的區(qū)別,我們在《聲波和電磁波到底有什么區(qū)別?》有過詳細介紹。電磁波的傳播不需要任何載體。
根據(jù)波長的不同,電磁波可以分為:無線電波,紅外線,光波,紫外線,X射線和伽馬射線。不同的電磁波的頻率不同,波長也不同,但是在真空中的傳播速度都是光速C=299792458 m/s。
這個就引出了比較熱門的幾個話題。我們一起討論一下。
1,電磁波到底能不能穿透金屬?這時候您的答案是什么呢?比紫外線更高頻率的X射線和伽馬射線就具有穿透金屬的能力。X射線是極高能的波,其波長在0.03到3納米之間-比原子長不了多少,X射線的波長與原子大小相當,當照射到物體上時,一部分能量被吸收,而大部分能量可以穿透原子間隙,具有很強的穿透力。在工業(yè)生產中,我們可以用X射線來檢查金屬焊接的質量。如下圖所示。
當然波長更短的伽馬射線,其穿透能力更強。可以輕松穿透一般的金屬,比如鋁。所以通常用幾個厘米厚的鉛板或者幾米厚的混凝土來阻擋。伽馬射線通常來自于核輻射,對人體危害極大。
所以,對于波長很短的X射線和Gamma射線,電磁波是可以穿透金屬層的。但是我們通信中所用到的無線電波是無法穿透金屬層的。這個一方面是電磁波的邊界條件,對于理想導體內部沒有電場和時變磁場,其表面沒有切向電場和法向的磁場,因此理想導體內部是不存在電磁波的。
2,手搖帶電棒能否產生電磁波?這是來自知乎上的一個問題。電磁波是波動的電磁場,是電磁場能量的傳播,并不是電荷的傳播。從某種意義上來說,我們搖動帶電棒使得電荷發(fā)生振動。通過之前對麥克斯韋方程組的學習,我們知道,電流產生磁場,磁場的運動產生電場,電場能量和磁場能量相互變換震蕩輻射出電磁波。帶電棒是否就有電流呢?這是一個未知數(shù),有電流是否就一定能產生磁場呢?有電磁場是否就能輻射出電磁波呢?這里面有一個條件不具備,就無法產生電磁波。但是這里的電磁波是無線電波。如果從廣義的電磁波出發(fā),高于絕對零度(0K,即-273.15℃)的物質都可以產生紅外線。紅外線也是電磁波的一種,無論是手或者帶電棒都可以產生紅外線,但是這個電磁波的產生和搖不搖沒什么關系。熱量越高,紅外線的強度越大。現(xiàn)在各個場合的紅外線測溫儀就是用了你身體產生的紅外線來測定的。
當然,對于我們射頻人來說,我們要研究的電磁波基本上無線電波頻段,對于5G通信來說,其應用的無線頻率在60GHz以下,而現(xiàn)在用的最多的是6GHz以下的頻段。
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不同頻率,不同波長的電磁波,有不同的應用場景,也有不同的特性,就像我們的眼睛一樣,我們只能看到可見光這一個頻段的電磁波,對于大部分的電磁波,我們是看不見的。
今天就到這吧。這里是射頻學堂,竭誠為您服務