Question

关于电磁场与电磁波的问题

在导体中，为什么频率低的电磁波更容易传播？
还有，为什么电离层比其他层更容易反射电磁波啊？

Answer 1

电磁波波形就像是无数像素排列组成的。而波越长，波形半径越大，曲度越小。曲度越小，产生的支持力越小。这样频率越低，越容易被分子割开，从而像素越容易从宽广无比的化学空间通过。而频率越低，分子割开时，产生停留在分子上的像素越少；或者通过物体越薄，停留在分子的像素越少；同样通过物体密度越小，停留的像素也越少。所以频率越低，越容易传播。反过来电磁波越短，半径越小，曲度越大，就会使像素曲度产生的支持力，超过电磁波的传导能力，这样分子就无法对电磁波产生切割。也就使分子对电磁波产生阻碍，反过来阻碍使电磁波对分子产生撞击，撞击也就使电磁波的能量，有的转变成分子内能，有的被反射回来。比如光波连一张纸都传播不过去，却能使物体发热，却能使物体反光。这就是说电磁波因频率不同，而会分层，产生不同的性质。
电离层的电离子之间的化学空间，都被电离释放的能量给管制起来，所以波长的被挡住过不去。而非常短的光波，因小于两个离子之间的间隙，使离子无法产生管制，所以光基本畅通无阻。
手机通信波长仅是厘米单位，很难衍射绕行进屋。
而一般建筑沙石密度很小，所以损失的像素，还能满足信号要求。

Answer 2

1 因为频率低的电磁波穿越导体的时候，由于E=hv，v频率低能量就低，波动性更明显一些，容易发生衍射反射，被导体吸收的比例低，损耗小，不容易使得导体内部原子或分子外层电子发生电离，也就不会引起电子跃迁，所以更容易传播
2 电离层是有大量离子和自由电子，足以反射电磁波的部分大气层。距地面高度70～500 km，能使无线电波改变传播速度，发生折射、反射和散射，产生极化面的旋转并受到不同程度的吸收。电离层充满了大量自由电荷，当遇到电磁波时，这些自由电荷随着电场震荡，同时重新发出电磁波，这就是反射。就像一个有很多自由电子的超级导体一样

追问

“这些自由电荷随着电场震荡，同时重新发出电磁波”，电磁波反射要满足入射波频率与反射波频率相等，并且相位关系要让“分界面”为波节，你这里怎么证明“重新发出的电磁波”就是反射波呢？
反射波是电磁波没错。自由电荷震荡出来的电磁波是反射波就要有证明了。
还有
E=hv，v频率低能量就低。。这不能直接推断的吧。。还有振幅问题也会影响到电磁波的能量的。。

你说是吗？

追答

呵呵 我说了，电磁波的反射是个很复杂的方程式啊，这里只是介绍原理过程，反射波并不是全部都反射啊，一部分反射，你说的相位关系是关于相干和不相干的问题，那也是数学公式问题，只要电磁波和物质相遇，都要有相互作用，基本上都是和分子或原子的外层电子相关，除非你是在真空中，你问的重新发出的电磁波就是电磁波要证明，这个怎么说呢，自由电荷震荡出来的电磁波就是地面接受的波，不是反射波是什么呢？证明就是推理分析出来的啊，这个是从微观的量子光学理论得出的，非要说怎么证明这个还真不好说，毕竟是根据别的理论推出来的。呵呵，我解释的都是从波与物质相互作用的微观角度出发的，至于哪些波动理论什么的，你查都查的到，但是你想过“电离层里有许多自由电子和带电离子，可以被看作是一层良导体，我们知道电磁波在导体中无法传播，不管入射角多大，折射角都非常小，”这类结论为啥这样来么？即使这样，他回答的也不全面，因为电离层的电子密度是梯度排列的，所以有从高密度区折射到低密度区的一个过程，不断折射最后才形成了一个反射，但是要求入射角足够大！！！不然反射不回来！！

还有你采纳的回答里面说“低频电磁波容易传播不是拿能量说事的，是波长！”这样的话更是。。。。不拿能量说事拿什么呢？这个世界上的东西不管宏观还是微观，不拿能量说事的有几个？？？波长，大家都知道是波长长容易衍射传播，可本质呢？？能量低！！！频率低！！！波长长！！

追问

那是推荐答案。我把它取消了
E=hv我只在光电效应用过，电子一次只能吸收一个光子的全部的能量，一个光子的能量由hv决定，如果一个光子的能量不能使得电子跃迁，那么电子就不会吸收该光子的能量，光子的能量损失仅仅在于与电子的碰撞。但现在是电磁波，纯的波，能量与频率，振幅有关，难道说电子一次只能吸收一份电磁波的能量，如果能量达不到跃迁能量就不吸收？好奇怪。虽然说光是电磁波的一种，但是电磁波不具有波粒二相性吧？

追答

电磁波，纯的波，能量与频率，振幅有关，难道说电子一次只能吸收一份电磁波的能量，如果能量达不到跃迁能量就不吸收？好奇怪。虽然说光是电磁波的一种，但是电磁波不具有波粒二相性吧？

这个问题我好好的回答一下: ps：我很愿意也很喜欢和你讨论这个问题，互相进步！
首先，光电效应的E=hv可以用在电磁波上！因为广义来说，光是一种频率段的电磁波，波普上来说是可见光，就是那彩虹色的几种，电磁波，顾名思义，有电场有磁场，不是纯的像机械波和声波那样的波，电磁波是横波，后者是纵波，不是一个东西。电磁波它是波粒二象性的，电磁波大致按频率或者所谓的波长来说可以分为无线电波、微波、红外、太赫兹波、可见光、紫外、x射线等等，都叫电磁波，频率由小到大排列，频率小的无线电波这些波动性明显，粒子性不明显，频率大的如x射线等电磁波粒子性明显，波动性不明显，但不能说只有波动性没有粒子性或者只有粒子性没有波动性，光和电磁波是一种东西,具备波粒二象性！
其次，电磁波和物质的相互作用其实就是电磁波从量子角度来解释的，电磁波遇到物体，就是和物体原子外面的电子作用的，电磁波是连续的电场和磁场，电子和电磁波也就是能量子也可以称为光子作用，就是电子在交变的电磁场作用，会引起电子的振动增加或者速度增加，因为有外加的电磁场，而电子运动加速后就会到激发态。当然也可能到不了激发态，如果这个频率的光正好让这种物质的电子跃迁了，那么我们称之为电子和入射电磁波共振，回到基态就会想外辐射新的电磁场，也就是电磁波！！那么如果不共振了呢，那就转为电子运动加速的能量，电子加速了就是物质被极化了，形成电流，就是增加物体的温度，你晒太阳为啥暖和就是这个意思。
其实这是个复杂的过程，与介质相关，与电磁波频率相关，吸收电磁波，一部分变成散射波，一部分作为反射波，一部分作为折射波，折射是进入物质内部，由于电磁波折射后会改变它的频率，所以电磁场也会改变，这个不仅会引起电子的变化，原子核带正电也会变化，只是变化小，加大晶格的振动，而不产生晶格的位移，增加了内能。
最后说下，电磁波与电子不是碰撞，但你可以这样理解就像是碰撞了损失能量，其实是以场的形式转移了。因为电磁波没有静止质量，只有运动质量，但质量现在没有测出来，只用实验推论出在10-54方以内。。。。。那就是可以说没有质量。。。。这个问题当年困惑过很多人，也包括爱因斯坦

追问

我查了一下，电磁波所携带的能量具有最小单位，所有电磁波的能量都是这个单位的整数倍叠加，其数值 微观离散，宏观连续
那么电磁波的“粒子性”中粒子可不可以认为是这个具有最小单位的能量的载体，也就是把这个最小单位的能量看做是粒子，将这个粒子的能量定义为e=hv，然后就可以结合光电效应来分析，把光电效应中的光子替换为我刚刚说的粒子，将光电效应中电子跃迁回基态释放光改成释放出电磁波，其他的也对应着替换 。对否？

追答

粒子性明显的时候可以这样看，比如紫外线和x射线电磁波，其实所有电磁波都可以理解成你所说的最小单位，即能量子，如果是可见光，就是光子，其实就是没有静止质量只有运动质量的能包，能量子，光子。光电效应可以这样用于粒子性比较强的电磁波，当然也可以用去其它电磁波，但是有的时候实验不好验证，效果不明显。

满意不？不满意我们可以继续讨论，如果满意请给个满意哈

追问

好久没上知道了，抱歉抱歉哈。。我在其他论坛里面也问过一个电磁波的问题：有网友给我的解释也感觉很有道理，不过得出的结论是：频率高的电磁波，在导体中传播的距离更长；
他的解释是：
频率高的电磁波，粒子性更强，也就是穿过导体内部电子与电子，原子与原子的空隙的能力更强，表现在宏观角度就是穿透能力强，直线性好。。这样的话频率高的电磁波能在导体中传播的更远。
这又怎么解释呢？

追答

频率高的电磁波理论上能量大当然传的远，但是损耗也大啊，你也说了粒子性强，所以它只能穿透而不能像长波那样绕过去，要说传的远还是长波啊，国际电台也不用中转，而手机肯定需要中转，以为它沿途损耗能量大，发射的波源需要的设备要大，能量高。如果都是粒子性比较强的电磁波，那肯定频率高的穿透力强，但是损耗也同样大，而波动性强的电磁波会发生衍射等，能够绕过障碍物，就是信号强度可能不是很好，因为它能量弱，而你问的问题是在导体中，那你的说法是没有错误的，确实是粒子性强的传播的远，因为它能量大，波长小，透射强。

追问

我可以这样想：频率低的电磁波在导体中更容易传播所指的是在传播过程中“单位距离上损耗的能量小”，但是它本身所含的能量小，限制了传播距离，而高频电磁波在传播过程中“单位距离上损耗的能量大”，但是由于其本身所含能量大，所以在传播距离的角度来说高频电磁波传播的距离比低频的长，但是高频电磁波的透射深度不如低频，是这样吗？
还有一个问题：怎么从物理角度来说明电磁波入射到超导表面，完全不会有透射的部分啊？

追答

你和我说的理解反了，我说的低频的波动性强的电磁波不在导体内传播，因为波长很长，一般的物质比如桌子什么的直接就跨过去了，而限定于在一个固体导体里面的电磁波传播，其会和导体发生反射、衍射、散射、透射和吸收等相互作用。其中透射是用来穿过导体的，也就是你所谓的电磁波在导体中的传播，其实这些相互作用的机制用数学描述起来很复杂，但是都和物质外的外层电子有关，频率大的电磁波透射性要强一些，但是传播的时候还要受到折射率等影响。和导体的性质有关，而你说的传播距离一般来说在相同条件下，注意是相同的外部条件，那么频率大的电磁波透射性要强一些。但是要考虑导体对电磁波的吸收，有的材料至吸收某个频率段的电磁波，比如红色物质就爱和红色光谱的电磁波作用显示出红色来，如果其它的作用损失的能量相等的情况下，频率大的电磁波传播的远。不能一下子武断的说频率大的传播远这类的话。
那么总结一下，
首先，可以确定的是同一种电磁波，相同的发射功率，不同的波长，在同一个环境下穿透同一种介质的话，肯定是波长短的穿透能力强一些，但是它的穿透损耗要比波长长的大。这就是一个穿透率和穿透值的问题了。为什么大家会有不同的观点呢，就是因为不同的资料上介绍穿透时分别用了这两个概念。一般情况下我们讨论穿透是用穿透率的。
波长长穿透率要小，但是穿透值大，因为穿透损耗小；而波长短穿透率要大，但是穿透值小，因为穿透损耗大。
后面还有一大段，你最好追问下，这里放不下,去我的空间里
http://hi.baidu.com/rwsoczriktflopr/item/433b5272901d69326f29f661
也希望你加入我的团队
http://zhidao.baidu.com/team/view/%E6%80%9D%E7%BB%B4%E4%B9%8B%E8%8A%B1

Answer 3

针对楼上错误的回答，我必须纠正一下！
低频电磁波容易传播不是拿能量说事的，是波长！
由于频率低，波长大，大到比一般建筑物的尺寸都大，遇到障碍物直接发生衍射，也就是越过障碍物继续传播。频率高的时候，波长很小，电磁波遇到障碍物时无法发生衍射，大多被反射和散射掉了，这样就没法传播了。
关于电离层反射电磁波是因为：电离层里有许多自由电子和带电离子，可以被看作是一层良导体，我们知道电磁波在导体中无法传播，不管入射角多大，折射角都非常小，几乎是垂直于入射面的，这样透射进去的很少，一般可以认为是全反射。

追问

那么 低频率的电磁波在金属中更容易传播是不是由于趋肤效应造成的啊？

追答

不是趋肤效应，是由于金属中的透射深度δ=1/（π*μ*σ*f）^1/2,透射深度与电磁波频率f的开方成反比，低频电磁波穿透深度大。
当金属认为是理想导体时，σ→无穷大，透射深度趋于零，电磁波几乎无法进入到金属内部，这才是趋肤效应。

追问

假设某一金属对于f0频率的电磁波透射深度为L，那电流是不是从金属表面到深度为L的区域才有，没有透射到的区域就没有。如果我想的没错的话。你能否给出一个解释呢？

追答

不是这样的，透射深度的定义并不是就透射那么深，它的定义是：当电磁波减弱到原来的1/e时所透入的距离。到达透射深度时，电磁波大为减弱，但是还是有的。指数函数在有限区域不可能为零，只是很小。
根据J=σE,电流密度与电场强度一样按指数衰减，电流的方向是沿着电场强度方向的，当达到透射深度时电流也已经很小了，所以电流可以认为只存在于深度为δ的一薄层里流动，但是大于深度δ时电磁波还是有的，电流也还是有的，只是很小了。

追问

那对于超导，电磁波入射到超导表面，会被全反射，也就是说电磁波的能量会完全的反射回去，超导获得的能量为0，这时候超导表面是不是没有面电流流动啊？因为没有能量的获得。。

Answer 4

电磁波是什么，电磁场与电磁波是什么