声波和电磁波是每天可以看到的两种不同类型的波。声波是利用介质传播声音的原因,而电磁波是光或无线电波传播的原因,是电场和磁场变化的结果。这些波对于理解光学、波和振动、电磁学、声学和其他许多概念都很重要。让我们分别理解这两个波。
声波通常与声音的传播有关。声音在技术上被定义为通过弹性介质的机械扰动。介质不仅限于空气,还可以包括木材、金属、石头、玻璃和水。声音以波的形式传播,这就是声波。最常见的旅行方式包括乘飞机。与所有物质相似,空气也是由分子组成的。这些分子不断地运动,而且速度很快。当它们以这种速度运动时,分子会互相碰撞,引起能量的转移。据说声音是以波的形式传播的,因为当物体被击打(例如鼓)时,鼓头会前后移动,并以同样的方式推动空气。空气的推拉使声音与空气中的其他分子碰撞,并传递这种能量,从而产生声波。
声音以两种波传播:纵波和横波。纵波是振动方向与其传播方向相同的波。通俗地说,介质的方向与波的运动方向相同或相反。横波是由垂直于能量传递方向的振荡组成的运动波;例如,如果波以垂直方式移动,则能量转移以水平方式移动。
声波的特性包括:频率、波长、波数、振幅、声压、声强、声速和方向。声速是决定声音传播速度的一个重要性质。音速因传播介质的不同而不同。弹性越大,密度越低,声音传播的速度就越快。因为这种声音在固体中传播的速度比液体快,在液体中传播的速度比气体快。
根据物质的工作原理,“在32°F(空气中的声速为1087英尺每秒(331米/秒);在68°F时(“声音的波长是干扰在一个周期内传播的距离,与声音的速度和频率有关。高频声音的波长较短,低频声音的波长较长。
电磁波又称电磁波,是电磁辐射或电磁辐射的传播路径。电磁辐射是一种由带电粒子发射和吸收的能量形式。电磁波既包括磁性成分,也包括电性成分,它们以固定的强度比相互作用,并以相互垂直、垂直于能量和波传播方向的相位振荡。与声波和机械波需要介质来传播不同,电磁波不需要任何介质来传播。在真空中,电磁辐射以光速传播。
电磁波是由詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)正式假设的,后来海因里希·赫兹(Heinrich Hertz)证实了这一点。麦克斯韦利用电磁学方程预测了这种类似波浪的性质,后来赫兹在实验中证实了这一点。根据麦克斯韦方程组,空间变化的电场也会与随时间变化的磁场相关联。类似地,空间变化的磁场与电场随时间的特定变化相关联。麦克斯韦在他的方程中还发现,波速等于光速的实验值;产生了光是电磁波的理论。
电磁辐射以横波的形式传播。如前所述,横波是一种运动波,由垂直于能量传递和传播方向的振荡组成。后来人们发现,尽管电磁辐射是以波的形式传播的,但它是以波包的形式传播的。以前已经证实电子顺磁共振具有能量,能量在运动过程中从一个分子传递到另一个分子。当能量改变状态时,这种能量被消耗或施加。例如,当一个原子中的电子从一个轨道能级转移到另一个轨道能级时,它会吸收或施加能量,这取决于这种转移。这种被吸收或施加的能量被称为光子。通过多次实验证明,电磁共振既具有波的性质,又具有粒子的性质,因而具有波粒二象性。
声波和电磁波的主要区别在于,声波需要介质传播,而电磁波则不需要。声波在传播时也携带能量,这是由电磁波完成的。声波只起波的作用,而电磁波起波和粒子的作用。另一个主要区别是电磁波以光速传播,比声速快得多。
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