论不同频率电磁波辐射的特点及对人体的影响
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最近总会听到或看到一些人错误的认为电磁波的频率越高穿透性越弱 ， 并且越来越多的年轻人完全不在意辐射的危害 。 所以我想从原理上对电磁波的一些特性进行阐明 ， 从而使大家理解一些现象 ， 提高防护意识 。
01电磁波简介
电磁波通常意义上所指有电磁辐射特性的电磁波是指无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线 。 而X射线及γ射线通常被认为是放射性的辐射 。
微波和可见光一样都属于电磁波 ， 所以传播速度也和光速一样 ， 即在空气中的传播速度约等于3*10^8（m/s） 。 微波的频率范围是从300 MHz至3000 GHz ， 用速度除以频率 ， 即相应波长从1 m至0.01 mm 。
02宏观上电磁波的衍射（绕射）
波的衍射是指在媒质中由于有障碍物或其他的不连续性而引起波改变传播方向的现象 。 电磁波与我们能看的见的机械波一样都属于波 ， 所以它也具有波的一切性质包括衍射 。
根据惠更斯菲涅尔原理 ， 一个光源发出的光波 ， 在其波面上的任何一点 ， 都可以看做是一个新的波源 ， 而其后面的光波的形状 ， 可以看成是这些无限多的小次波源发出的光波在空间相干叠加的结果 。 波通过障碍物时一部分分量被阻挡 ， 通过的分量重新叠加形成不同图样 ， 即衍射现象 。
只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时 ， 才能观察到明显的衍射现象 。 但当孔的尺寸远小于波长时（小于波长的3/10时） ， 尽管衍射十分突出 ， 由于能量减弱 ， 衍射现象已不容易观察 。
那么反之 ， 障碍物尺寸固定的情况下 ， 则波长较长的波就更容易产生显著的衍射了 。 这就解释了为什么波长越长 ， 即频率越低的信号越容易覆盖到被遮挡的角落 。 如果你从墙的一侧收到另一侧的信号 ， 那不是信号从墙内穿过来 ， 而是一定有缝隙让它绕进来的 。
频率越低 ， 越容易发生衍射（绕射） ， 所以覆盖范围更广 。
03微观上 电磁波的粒子性与穿透力
说到电磁波的穿透能力 ， 就不得不提到电磁波的波粒二象性 。
波动性与粒子性没有具体分界线 ， 电磁波的波长越长 ， 波动性越强；波长越短粒子性越强 。 两个性质始终存在 ， 不存在消失的时候 ， 只是哪个更显著而已 。
电磁波的粒子性不是说它是像分子原子质子电子一样的微观粒子 ， 电磁波体现出的性质是量子性 ， 可以认为这个最小能量单位就是一个光子 ， 所有电磁波的能量都是这个单位的整数倍叠加 。 光子不是粒子 ， 是一个量子物理的概念 ， 属于能量范畴 。
能量的传播并不是连续不断的 ， 能量存在着最小单位 ， 能量是一段、一段进行传播的 ， 这一段、又一段的能量就是能量子 ， 又称量子 ， 这就是量子的最早概念 ， 即能量的最小单位 。
光子能量E=hv ， h为普朗克常数 ， v是频率 ， 可见频率越高光子能量越强 。
一般来讲 ， 入射光子能量越大 ， 能进入物体的深度越深 ， 即穿透能力越强 。
04物体对电磁波的吸收
原子的激发与电离：
原子中电子的运动状态也是不连续的 ， 每一个运动状态有固定的能量 ， 将这些不同的能量状态划分为不同的能级 ， 所以基态原子能选择吸收与其电子能级差相当的辐射光子的能量 ， 电子从最低能级跃迁到更高的能级 ， 原子从基态到激发态 。 激发态原子不稳定 ， 瞬间回到基态或较低能级 ， 多余的能量以光子或热的形式辐射出去 。
当能量再增大超过一定阈值时 ， 会发生电离 ， 即电子摆脱原子的束缚成为自由电子 。
不同原子在吸收光谱上有自己的特征频率谱线 ， 一般在1—10eV 。 由光子能量E=hv ， h=6.626196×10^-34J·s 1ev=1.6x10^-19j ， 得到所需频率范围为0.24×10^15—0.24*10^16 包括部分可见光及部分紫外线的范围 。
分子的激发与电离：
分子同样会吸收光子被激发和电离 。 由于分子中除了电子的相对原子核的运动状态 ， 还有分子中各原子的微小震动及整个分子绕质心的转动 ， 即分子有转动光谱 ， 振动光谱及电子光谱 ， 而前两者的能级间隔△E较小 。 分子的吸收谱范围在0.05—10eV. 频率范围为0.12×10^14-0.24*10^16 ， 包含部分红外线 ， 可见光 ， 部分紫外线的范围 。
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