书城科普读物物理多大点事
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第42章 赫兹巧“捉”电磁波

古代神话中有两位叫做千里眼和顺风耳的天神,说是看得远,听得真。但如今,我们这些凡夫俗子借着每秒传播30万千米的电磁波的帮助,可以隔着大洋谈笑风生,可以十亿人为一粒精彩入球而同声欢呼,丝毫不逊于千里眼和顺风耳。更重要的是,电磁波使人类传播文明的方式发生了极大的变化,收音机、电视机闯进了人们的生活。人类就像浸润在空气里一样浸润在电磁波的海洋里,无论白天与黑夜。

你知道电磁波是如何被发现的吗?

一八六四年理论物理学家麦克斯韦用尽严密的数学方程证明了电磁波的存在。但是电磁波既不像水波可以看到,又不像声波可以听见,因而在当时的人们看来简直是神秘的。此外麦克斯韦的方程组过于抽象、过于深奥,即使像法拉第这样的大学者也一度表现出迷茫。当时英国的科学家们大多数对电磁波的存在表示怀疑,有的甚至表现出公开的厌恶。

但是麦克所韦的理论却赢得了欧洲大陆一批年青学者的支持,柏林大学的赫兹就是其中之一。他决心用实验来证实电磁波的存在,把自己如流星般短暂而灿烂的一生全部献给研究电磁波的光荣事业。

功夫不负有心人,1887年,科学史上最激动人心的事件之一发生了:电磁波的存在得到了实验的证实!赫兹的实验装置极其简单:两块锌板,每块上面连着一根钢棒,棒端光亮的铜球离得很近,两根铜棒分别和高压感应圈的两个电极相连,这是电磁波振动器。当感应圈的电流突然中断的时候,其感应高压使铜球之间产生火花,并有电磁波发送到周围空间。为“捉”住电磁波,赫兹用铜丝绕成一个圆环,铜丝两端装有光亮的钢球,两球间留有小火花隙,这是检波器。赫兹在实验时,将检波器水平地放在离正在发火花的振动器十米远处,并调节检波器两铜球间隙的时候,奇迹出现了:检波器的钢球之间也有小火花在跳跃。这时,赫兹的心激动得象电火花一样,因为实验证明,振动器确实发生了电磁波,并且被检波器接收到了!

赫兹的实验结果一发表,他顿时成了科学界轰动的人物,人类利用电磁波的春天来到了!

之后,人们又进行了许多实验,不仅证明光是一种电磁波,而且发现了更多形式的电磁波,它们的本质完全相同,只是波长和频率有很大的差别。按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来,就是电磁波谱。如果把每个波段的频率由低至高依次排列的话,它们是无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线。不同波长的电磁波,脾气差异很大,本领也各有千秋。例如,无线电波用于通信等,微波用于微波炉,红外线用于遥控、热成像仪、红外制导导弹等,可见光是所有生物用来观察事物的基础,紫外线用于医用消毒、验证假钞、测量距离、工程上的探伤等,X射线用于CT照相,γ射线用于治疗或使原子发生跃迁从而产生新的射线等。

科学小链接

电磁波危害

电磁波是无孔不入的,可任意穿透多种物质,自然也包括人体。电磁波不仅可以大面积杀伤甚至杀死人体的细胞,而且还会破坏人体固有的电流和磁场,影响人体的稳态平衡,使人体的神经体液调节紊乱,造成神经系统和心血管功能失调。人们会出现头痛、乏力、易倦、烦躁激动、记忆力减退、注意力不集中、皮肤发热、脱发、多汗、食欲不振、心悸、胸闷、心律紊乱、血压失常、白天嗜睡、夜间失眠多梦以及白细胞减少症等,甚至可引起生育畸形和癌变等。

§§第五章 剖析光学的神奇

我们生活在五光十色的世界里,日日夜夜都要接触到许许多多光学现象,也自然而然地产生了许多问题,譬如:在明亮的太阳下,大地万物为什么会呈显各种不同的颜色;凹面镜怎么会聚光;光纤通信到底是怎么实现的;海水为什么看起来是蓝色的……这些问题,不只是很有趣的,里面还包含着许多科学的道理。人们通过对种种光学现象的观察,了解了光的本质,掌握了光的传播规律,进而正确地解释了自然界中种种常见的有趣的光学现象。