电磁频谱-电磁-光速-能量-光子

电磁
称为 "电磁" 因为电与磁是有关联的：

变动的电场产生磁场，变动的磁场产生电场，

无穷循环！

电与磁就像翩翩起舞的舞伴！这个现象以极限速度在空间传播：光速。

这是完整的电磁频谱：

频率（振率）越高，能量越大，波长越短。频谱是连续的，中间没有突变或分界。电磁波与物质的互动关系于它们的能量及物质的种类:

例子：人的身体,无线电波穿过我们的身体,有些微波被吸收并把身体加热,皮肤吸收某些红外线和光线，而反射其他红外线和光线,

UV（紫外线，英语 Ultraviolet）被皮肤的最外层吸收（而导致晒斑和皮肤癌）
X射线被骨头和肌肉以不同的程度吸收，所以可以用来显示身体的内部

大部分伽马射线穿过身体，但有些被身体吸收，而使细胞受电离伤害（见下）
有些电磁波直接穿过人体，有些被反射或以不同的程度被吸收。

例子：从太阳来的电磁波
地球的大气层反射或吸收很多从太阳来的电磁波。

只有,无线电波,某些红外线,可见光,某些紫外线,

可以直接穿过大气层：

假想：如果我们的眼睛只能看到X射线，天空就会是黑的！

因此 NuSTAR X射線太空望遠鏡需要在太空轨道里运行。（NuSTAR 就是核光谱望远镜阵列，英语 Nuclear Spectroscopic Telescope Array 的简写）

范围
通常我们把电磁波分成以下范围：

无线电波和微波：低频率、低能量和长波长
IR（红外线，英语 infrared）
可见光
UV（紫外线）
X射线和伽马射线：高频率、高能量和短波长
没有公认的绝对范围分界（例如，X射线管的X射线与放射性物质的伽马射线是重叠的）。以下是个指南：

去阅读方程里的单位来学习更多关于纳米、皮米等等单位的知识。

光速
电磁波以 "光速" 传播，在真空里差不多 300,000,000米每秒（精确值：299,792,458米每秒）。

即是3亿米每秒，也就是：

3 × 108 m/s
300,000 km/s
186,000 英里每秒
但光速可以减慢……

若频率不变，速度越低，波长就越短。.我们可以求波长：

例子：红光，频率为 4 ×10¹⁴

^{在真空里的波长是：}

^{在水里的波长是：}

^{波长不同，但光色不变，因为频率不变。}

^{重要：这网页所列的波长是真空里的波长，需要调整来得到在其他传导体里的波长。}

^{波长与频率活动

试试这个：用 5秒从房间的一边走到另一边：

走大步（"长波长"）

走小步（"短波长"）

你每次步伐的频率是多少？

再来一遍，但用 20秒从房间的一边走到另一边。有什么不同？}

^{能量

频率（振率）越高，波长越短，能量越大。

例子：光和X射线哪个能量比较大？

X射线能量大些，因为它的频率大约是}10^{18,大于光的大约}10¹⁴

例子：红光和蓝光哪个能量比较大？
蓝光的频率比较高（波长比较短），所以能量比较大。

能量与电离

伽马射线、X射线及一些紫外线的能量大到可以"导致电离"，就是说，可以把电子撞离原子。

这使得原子带上电荷，从而更容易激发化学反应，而伤害人体的细胞，杀死细胞或把细胞变质为癌细胞。

记忆方法
怎样记住电磁频谱？次序是：波、红外、光、紫外、射线,波（无线电波与微波）在低能量的一端,红外线在 "红的外（前）面",可见光的次序是： "红橙黄绿蓝靛紫",紫外线在 "紫的外面"射线（X射线和伽马射线）在高能量的一端,要记住能量水平，想："波是慢及温和的，射线是快及危险的"。

光子
电磁辐射有波的属性，但也有能量粒子的属性。电磁粒子叫做光子。

我们可以测量光子的位置和动量。
光子没有质量，但每个光子有基于其频率（振动每秒）的特定能量。每个光子有个波长,所以光子像个粒子，但也像个波。这个现象叫 "波粒二象性"。

爱恩斯坦这样写：

"我们有时需要用一个理论，有时需要用另一个理论，但也有时可以用其中任何一个。"

更新:20210423 104218