F21电磁辐射与材料结构

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1、材料现代分析方法杨中正E-mail:yangzz01@163.com第一章电磁辐射与材料结构1电磁辐射与物质波1.1电磁辐射与波粒二象性电磁辐射（或电磁波Electromagnetic或光）：指空间传播的交变电磁场。电磁波是能量的一种，凡是能够释出能量的物体，都会释出电磁波。正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样，人们也看不见无处不在的电磁波。电磁波就是这样一位人类素未谋面的“朋友”。电磁波产生：它是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面，变动的电会产生磁，变动的磁则会产生电。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而

2、变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波。电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变，其强度与距离的平方成反比，波本身带动能量，任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。在高频电磁振荡的情况下，部分能量以辐射方式从空间传播出去所形成的电波与磁波的总称叫做“电磁波”。在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部反回原电路而没有能量辐射出去。电磁波在空间的传播服从波动方程。通过不同介质时，会发生折射、反射、干涉、衍射、散射及吸收等。电磁波的主要物理量为：波长（λ）或波数（σ或K=1/λ），频率（γ）及

3、相位（φ）。波长：指波在一个振动周期内传播的距离，即λ。波数：指波在其传播方向上单位长度内波长的数目即波长的倒数，即1/λ。位相：是决定波在任一时刻或位置的状态参数，关系到波束能否发生干涉等相互作用。波速：波长与频率的乘积就是每秒钟传播的距离，即C。电磁波的速度等于光速c（每秒3×108米）c=λγ微粒性：电磁波是由光子组成的光子流。光子是没有静止质量的粒子。参数为光子的能量E和光子的动量P等。微粒性波动性E=hγP=h/λ式中：h为普朗克常数，h=6.626X10-34J·s.波长较长的电磁波，如微波和无线电波等，主要表现为波动性；波长短的光波则在表现出

4、其波动性的同时，也表现出粒子性。1.2电磁波谱电磁波谱：按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来的波谱。无线电波3000米～0.3毫米。红外线0.3毫米～0.75微米。可见光0.75微米～0.4微米。紫外线0.4微米～10毫微米X射线10毫微米～0.1毫微米γ射线0.1毫微米～0.001毫微米高能射线小于0.001毫微米传真（电视）用的波长是3～6米；雷达用的波长更短，3米到几毫米。波长越长其衰减也越少，电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。X-radiationMicrowavesg-radiationUVIRRadiowaves10-610-31

5、1031061091012Wavelength(nm)可见光：380-780nm微波:1-1000mm无线电波IR：InfraredRayUV：Ultraviolet770～622nm，红色；622～597nm，橙色；597～577nm，黄色；577～492nm，绿色；492～455nm，蓝靛色；455～390nm，紫色。高能辐射区γ射线(＜0.2nm)能量最高，核内能级跃迁χ射线内层电子能级的跃迁光学光谱区紫外光原子和分子外层电子能级的跃迁可见光红外光分子振动和转动能级的跃迁波谱区微波分子转动能级及电子自旋能级跃迁无线电波原子核自旋能级的跃迁电磁波谱：电

6、磁辐射按波长顺序排列γ射线→X射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波波长长注意：所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。电磁波频率低时，主要借由有形的导电体才能传递。在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去；电磁波频率高时即可以在自由空间内传递，也可以束缚在有形的导电体内传递。在自由空间内传递的原因是在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部返回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。例如，太阳与

7、地球之间的距离非常遥远，但在户外时，我们仍然能感受到和煦阳光的光与热，这就好比是“电磁辐射借由辐射现象传递能量”的原理一样。物质的能量状态与对应的共振谱状态电磁波λ对应光谱核能级γ〈0.01nm)Mossbauer谱电子K、L层X0.1nmX-射线谱（XPS）原子的次外电子层，晶体场分裂UV，V10nm紫外-可见（UV-V）谱分子振动IR，500nm红外（IR），Raman谱电子自旋亚能级Micro-wave100um电子自旋共振（EPR）核自旋Radio10cm核磁共振（NMR）谱电磁辐射场区的划分：一般分为远区场和近区场。近区场或感应场：以场源为中心，

8、在一个波长范围内的区域。近区场的电磁场强度比远区场大得多。从这个角