實驗分析技術--電磁輻射的基本性質

1.電磁輻射的波動性

電磁輻射的傳播，具有波動性（稱為電磁波）和粒子性（稱為光子）。根據麥克斯韋（Maxwell）的理論，電磁波是在空間傳播的交變電場和磁場，如圖1-1所示。其波動性質可以用速度（光速c）、頻率（波長）和強距離x度等參數來加以描述。不同的電磁波具有不同的頻率（ν）或波長（λ），它們之間的關系在真空中可用下式表述:

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖1 電磁波的電場矢量E和磁場矢量

（1）周期T相鄰兩個波峰或波谷通過空間某一固定點所需要的時間間隔，單位為秒（s）

（2）頻率（frequency）ν（f）單位時間內通過傳播方向某一點的波峰或波谷的數目，即單位時間內電磁輻射振動的次數。

?ν＝N/t

式中，N是電磁輻射振動周數；t是時間。

頻率的單位為赫茲（Hz）、千赫茲（kHz）、兆赫茲（MHz）等，其符號及相應的SI單位第的倍數如下:

（3）波長（wavelength）λ?在周期波傳播方向上相鄰兩波同相位點間的距離。為了方便起見，通常在波形的極大值或極小值處進行測量（圖2）。

單位:米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）、微米（μm）、納米（nm）、皮米（pm）、埃（?）。單位換算：

1m＝10²cm＝10³mm＝10⁶μm＝10⁹nm＝10¹²pm＝10¹⁰?。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2? 測量波長示意圖

（4）波數（wave number）?或σ每厘米中所含波長的數目，即等于波長的倒數:?＝1/λ或σ＝1/λ。單位:常用K（kayser）來表示，即cm^-1（每厘米）。若波長以μm為單位，波數與波長的換算為:

（5）傳播速度（v）? 電磁輻射的傳播速度V等于頻率ν乘以波長λ：

v＝λν

電磁波通過不同介質時，頻率不變而波長要發生改變。光波在真空中的傳播速度與頻率無關，速度以c表示，并達到最大值為2.99792458×10¹⁰cm/s，通常取三位有效數字，可以表示為:c＝λv＝3.00×10⁸m/s＝3.00×10¹⁰cm/s

電磁波在空氣中的傳播速度與真空傳播速度略有差別，所以同一波長在真空譜線表與空氣譜線表中略有區別。然而此相差不大，因此通常也用這一公式來表述頻率與波長在空氣中的關系。

2.電磁輻射的微粒性

電磁輻射具有不同的能量，它與物質之間的能量交換，物質對電磁輻射的吸收或發射現象的依據是其粒子性——光子，可以看作能量不連續的量子化粒子流，即光子的作用。

（1）光子的能量光子的能量正比于電磁輻射的頻率v這種電磁輻射的能量變化，與頻率或波長的關系可用下式表述:

式中，E為電磁輻射的量子化能量（eV）；h為普朗克（Planck）常數（6.623×10^-34Js);c為光速；λ為波長（nm）

電磁輻射與物質之間的能量交換，光電子換能器對輻射強度的測定均與光的粒子性相關。光譜儀器正是利用光電池、光電倍增管或各種固體檢測器與光子的能量交換來測定光的強度。

（2）能量單位的換算? ?見表1。

表1? 能量單位換算表

①erg、cal為非需用單位，為便于與早期文獻資料核對，暫加以保留。