电磁场的定义和来源介绍

　　总是听到生活中有各种辐射，手机、电脑、电吹风、无线路由器等等。这些“辐射”到底是怎么产生的？这些“辐射”与“核辐射”是一样的吗？

　　定义和来源

　　电场是由电压的差值产生的：电压越高，产生的电场也会越强。磁场是由电流流过时产生的：电流越大，磁场越大。在没有电流流过的时候，电场也会产生。如果有电流流过，磁场强度将随着功率消耗的变化而变化（注：也就是说跟电阻大小有关系），但是电场强度保持恒定。

　　电磁场的自然来源

　　在我们周围的环境中，电磁场无处不在，但是我们的眼睛看不到。在雷雨天气时，空气中局部电荷的积累可以产生电场。而地球的地磁场可以让指南针指向南北方向，鸟类和鱼类就是用地磁场来判断方向的。

　　电磁场的人造来源

　　除了自然来源以外，电磁波谱也包括了很多人造来源产生的电磁场：X射线可以用来检查运动时意外骨折的四肢；每一个电源插座的电力与极低频电磁场有密切的联系；拥有更高频率的无线电波可以用来传递信息，无论是通过电视天线，广播电台还是手机基站。

　　波长和频率的基础知识

　　为什么不同形式的电磁场如此不同？

　　用来描述电磁场的主要特征之一是它的频率或者说相应的波长。不同频率的电磁场会与人的身体以不同的形式发生相互作用。你可以把电磁波想象成以很快的速度——光速传播的一串周期性的波动。频率描述了每秒钟振动或者周期的数量，波长描述了一列波和下一列波之间的距离。所以波长和频率不可分割地交织在一起：频率越大，波长越小。

　　一个简单的比喻可以帮助你解释这个概念：把一根长绳子绑在门把手上，手持绳子的另一端。上下缓慢移动绳子，会产生一个很大的波动。更快的移动会产生一串小的波动。绳子的长度是固定的，你产生的波浪越多（高频率），波浪之间的距离就会越小（波长小）。

　　非电离性的电磁场和电离性的辐射有什么区别？

　　波长和频率决定了电磁场的另外一个特性：电磁波是以小微粒光子作为载体的。高频率（短波长）电磁波的光子会比低频率（长波长）电磁波的光子携带更多的能量。一些电磁波的每个光子携带的能量可以大到拥有破坏分子间化学键的能力。在电磁波谱中，放射性物质产生的伽马射线，宇宙射线和X光具有这种特性，被称作“电离性辐射”。光子的能量不足以破坏分子化学键的电磁场称作“非电离性辐射”。组成我们现代生活重要部分的一些电磁场的人造来源，像电力、微波、无线电波，在电磁波谱中处于相对长的波长和低的频率一端，它们的光子没有能力破坏化学键。

　　

　　低频率的电磁场

　　任何时候只要一个正电荷或者负电荷存在的时候，电场就会存在。它们会对电场范围内的其他电荷施加作用力。电场强度的大小是以伏/每米（V/m）为单位来衡量的。任何一条接电的电线都会产生电场。没有电流流过的时候，电场依然存在。电压越大，距离电线一定距离的电场强度也会越大。

　　电场在距离电荷或者通电的导体距离很近的时候强度最大，强度会随着距离的增大而迅速衰减。像金属一样的导体可以有效地屏蔽电场。其它的材料，像建筑材料和树木可以提供一定的屏蔽能力。所以，房屋外面的输电线产生的电场可以因为墙壁，建筑和树木的阻挡而降低。当输电线掩埋在地下的时候，地面的电场强度几乎检测不到。

　　磁场是由电荷的移动产生的。磁场强度是由安培/每米（A/m）为单位来衡量的。在电磁场的研究中，更常见的情形是，科学家使用一个有关的数值，磁通量密度（单位微特µT）来代替A/m。相比于电场，磁场只有在一件设备的电源开关打开，电流流过的时候才会产生。电流越大，磁场强度就会越大，

　　和电场一样，磁场在距离它们的源头最近的时候强度最大，强度会随着距离的增大迅速减小。磁场不会被建筑材料一类的普通材料所阻挡。

　　电场 磁场

　　电场由电压产生 磁场由电流产生

　　强度的大小以伏/米（V/m）为单位来衡量 强度的大小以安培/每米（A/m）为单位来衡量，电磁场研究人员常常使用一个有关的数值磁通量密度（以微特µT或毫特mT为单位）来代替A/m

　　即使设备开关关闭了，电场仍然可能存在 磁场只有在一件设备的开关开启，电流流过的时候才会产生

　　电场强度大小随者距离源头的距离增大递减 磁场强度大小随者距离源头的距离增大递减

　　大多数建筑材料可以某种程度上屏蔽电场 磁场强度不会被大多数材料所减弱

　　电场

　　将电器的电线插到插座里，电器周围的空气中就会有电场存在。电压越大，产生的电场强度越大。由于即使没有电流流过的时候，电压仍然存在，电器周围不是只有电器开关打开的时候才存在电场。

　　磁场

　　磁场只有电流流过的时候才会产生。在房间里，磁场和电场可以同时存在。电流越大，磁场越大。高电压用于电力的传输和分配，相对低的电压用于家庭的使用。电力传输线每天使用的电压会有些许变化，而电力传输线中的电流会随着电力消耗的大小而变化。

　　电器的电线周围的电场只有在把插头拔掉或者墙上电源插座的开关关闭的时候才不会存在，不过电场在墙上插座后面的电线周围还是存在的。

　　静止的电磁场和随着时间变化的电磁场有什么区别？

　　静止的电磁场不会随着时间变化。直流电（DC）是只朝着一个方向流动的电流。在电池驱动的电器中，电流由电池流向电器，再由电器流回电池。这将会产生一个静止的磁场。地球的地磁场也是一个静止的磁场。一块磁铁周围的磁场同样是这样的，把铁屑撒到磁铁的周围就可以观察到磁场的模式。

　　作为对比，随着时间变化的电磁场是由交流电产生的。交流电在周期性的时间段中会来回反向流动。在大多数欧洲国家，电流的方向以每秒50次的频率改变，或者说50Hz。同样的，产生的相应的电磁场的方向也会以每秒50次的频率改变方向。北美电力使用的频率是60Hz。

　　低中高频率的电磁场来源各是什么？

　　电器产生的随着时间变化的电磁场是极低频电磁场（ELF）的一个例子。极低频电磁场的频率通常小于300Hz。其他一些设备可以产生300 Hz到10 MHz的中频电磁场和10 MHz到300 GHz的射频电磁场。电磁场对人体的作用不只取决于它们的强度，也取决于它们的频率和能量。我们的电源和各种电器是极低频电磁场的主要来源；计算机显示屏、防盗设备和安全检查系统是中频电磁场的主要来源；收音机、电视、雷达、手机天线和微波炉是射频电磁场的主要来源。这些电磁场可以在人体中产生感应电流，如果电流足够强大可以产生一系列的效应。比如加热和电击，这取决于电磁场的强度和频率范围。（然而要产生这些效应，人体周围的电磁场强度必须非常的强，远远大于正常环境下的电磁场强度）

　　高频率的电磁场

　　手机、电视和广播发射台以及雷达可以产生射频的电磁场。这些电磁场可以用来长距离地传递信息，是全世界广播、电视和电信存在的基础。微波是GHz范围的高频率射频电磁场，在微波炉里，我们可以用微波来快速加热食物。

　　在射频频段，电场和磁场紧密的联系在一起，我们通常以功率密度，瓦/平方米（W/m2）来衡量它们的强度。

　　要点总结：

　　1、电磁波谱既包含了自然产生的，也包含了人造的电磁场来源。

　　2、频率和波长反映了电磁场的特性。在电磁波中，这两个特性直接互相联系在一起，频率越高，波长就越短。

　　3、像X射线、伽马射线一类的电离性辐射包含了能量足以破坏分子间化学键的光子。工频（译者注：各种电力设备、电源、电器的频率，主要是极低频）和射频的电磁波的光子的能量则低得多，没有电离性作用。

　　4、只要电荷存在，电场就会存在，电场强度的大小是以伏/每米（V/m）为单位来衡量的。磁场是由电流产生的。它们的磁通量密度使用微特（µT）和毫特（mT）为单位来衡量。

　　5、在射频和微波的频率，电场和磁场作为电磁波的两个元素来一起考虑。以瓦/平方米（W/m2）为单位的功率密度被用来衡量此类电磁场的强度。

　　6、低频率和高频率的电磁波以不同的方式影响人体。

　　7、我们生活中低频率电磁场的主要来源是电源和电器，射频电磁场的日常来源主要是电信设备、广播天线和微波炉。