什么是電磁波？電磁波到底能不能穿透金屬？

大家好，我是RF小木匠

今天我們一起來討論一個(gè)問題：電磁波到底能不能穿透金屬？這個(gè)問題來源于射頻學(xué)堂微信群的一個(gè)討論。對(duì)于一個(gè)工程技術(shù)出身的我來說，答案肯定是No！但是真正的答案是什么呢？到底有沒有可以穿透金屬的電磁波？跟著我一起去尋找答案。

我們先來講第一個(gè)問題，什么是電磁波？

這個(gè)我們做過一個(gè)專題《重走電磁之路》，電磁波的發(fā)現(xiàn)也不過兩百年的歷史，但是這兩百年卻徹徹底底改變了我們的生活。我們從《麥克斯韋方程組》，討論到《麥克斯韋方程組的物理意義》再到《電磁波的三要素》，再到《如電磁波的極化》。我們講述的都是射頻范疇的電磁波，也是目前通信系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的電磁波——微波。但其實(shí)從廣義上講，電磁波是一種由同相 且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中衍生發(fā)射的震蕩粒子波，是以波動(dòng)的形式傳播的電磁場(chǎng)，如下圖所示。

電磁波和我們剛介紹的聲波有本質(zhì)的區(qū)別，我們?cè)凇堵暡ê碗姶挪ǖ降子惺裁磪^(qū)別？》有過詳細(xì)介紹。電磁波的傳播不需要任何載體。

根據(jù)波長(zhǎng)的不同，電磁波可以分為：無線電波，紅外線，光波，紫外線，X射線和伽馬射線。不同的電磁波的頻率不同，波長(zhǎng)也不同，但是在真空中的傳播速度都是光速C=299792458 m/s。

這個(gè)就引出了比較熱門的幾個(gè)話題。我們一起討論一下。

1，電磁波到底能不能穿透金屬？

這時(shí)候您的答案是什么呢？比紫外線更高頻率的X射線和伽馬射線就具有穿透金屬的能力。X射線是極高能的波，其波長(zhǎng)在0.03到3納米之間-比原子長(zhǎng)不了多少，X射線的波長(zhǎng)與原子大小相當(dāng)，當(dāng)照射到物體上時(shí)，一部分能量被吸收，而大部分能量可以穿透原子間隙，具有很強(qiáng)的穿透力。在工業(yè)生產(chǎn)中，我們可以用X射線來檢查金屬焊接的質(zhì)量。如下圖所示。

當(dāng)然波長(zhǎng)更短的伽馬射線，其穿透能力更強(qiáng)?？梢暂p松穿透一般的金屬，比如鋁。所以通常用幾個(gè)厘米厚的鉛板或者幾米厚的混凝土來阻擋。伽馬射線通常來自于核輻射，對(duì)人體危害極大。

所以，對(duì)于波長(zhǎng)很短的X射線和Gamma射線，電磁波是可以穿透金屬層的。但是我們通信中所用到的無線電波是無法穿透金屬層的。

這個(gè)一方面是電磁波的邊界條件，對(duì)于理想導(dǎo)體內(nèi)部沒有電場(chǎng)和時(shí)變磁場(chǎng)，其表面沒有切向電場(chǎng)和法向的磁場(chǎng)，因此理想導(dǎo)體內(nèi)部是不存在電磁波的。

2，手搖帶電棒能否產(chǎn)生電磁波？

這是來自知乎上的一個(gè)問題。電磁波是波動(dòng)的電磁場(chǎng)，是電磁場(chǎng)能量的傳播，并不是電荷的傳播。從某種意義上來說，我們搖動(dòng)帶電棒使得電荷發(fā)生振動(dòng)。通過之前對(duì)麥克斯韋方程組的學(xué)習(xí)，我們知道，電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電場(chǎng)，電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量相互變換震蕩輻射出電磁波。帶電棒是否就有電流呢？這是一個(gè)未知數(shù)，有電流是否就一定能產(chǎn)生磁場(chǎng)呢？有電磁場(chǎng)是否就能輻射出電磁波呢？這里面有一個(gè)條件不具備，就無法產(chǎn)生電磁波。但是這里的電磁波是無線電波。如果從廣義的電磁波出發(fā)，高于絕對(duì)零度（0K，即-273.15℃）的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線。紅外線也是電磁波的一種，無論是手或者帶電棒都可以產(chǎn)生紅外線，但是這個(gè)電磁波的產(chǎn)生和搖不搖沒什么關(guān)系。熱量越高，紅外線的強(qiáng)度越大?，F(xiàn)在各個(gè)場(chǎng)合的紅外線測(cè)溫儀就是用了你身體產(chǎn)生的紅外線來測(cè)定的。

當(dāng)然，對(duì)于我們射頻人來說，我們要研究的電磁波基本上無線電波頻段，對(duì)于5G通信來說，其應(yīng)用的無線頻率在60GHz以下，而現(xiàn)在用的最多的是6GHz以下的頻段。

不同頻率，不同波長(zhǎng)的電磁波，有不同的應(yīng)用場(chǎng)景，也有不同的特性，就像我們的眼睛一樣，我們只能看到可見光這一個(gè)頻段的電磁波，對(duì)于大部分的電磁波，我們是看不見的。

今天就到這吧。

審核編輯：湯梓紅