电磁频谱
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）
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：
| 典型波长 | 通常范围定义 | |||
|---|---|---|---|---|
| 无线电 | 米（m） | 长于 10厘米 | ||
| 微波 | 厘米（cm） | 1毫米到 10毫米 | ||
| 红外线 | 微米（μm） | 750纳米到 1毫米 | ||
| 光 | 几上百纳米 | 380纳米到 750纳米 | ||
| UV（紫外线） | 100纳米 | 10纳米到 380纳米 | ||
| X射线 | 纳米（nm） | 10皮米到 10纳米 | ||
| 伽马射线 | 皮米（pm） | 10皮米以下 |
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……
| 传导体 | 速度 百万米每秒 |
|---|---|
| 真空 | 300 |
| 冰 | 228 |
| 水 | 225 |
| 乙醇 | 220 |
| 玻璃 | 205 |
| 橄榄油 | 204 |
| 钻石 | 123 |
若频率不变，速度越低，波长就越短。.
我们可以求波长：
波长 = 速度频率
例子：红光，频率为 4 × 1014
在真空里的波长是：
3 × 1084 × 1014 = 7.5 × 10-7 = 750纳米
在水里的波长是：
2.25 × 1084 × 1014 = 5.625 × 10-7 = 562纳米
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 1018，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。"