電磁場的定義及其發射源地的探討

定義和來源

電場是由電壓的差值產生的：電壓越高，產生的電場也會越強。磁場是由電流流過時產生的：電流越大，磁場越大。在沒有電流流過的時候，電場也會產生。如果有電流流過，磁場強度將隨著功率消耗的變化而變化（注：也就是說跟電阻大小有關系），但是電場強度保持恒定。

電磁場的自然來源

在我們周圍的環境中，電磁場無處不在，但是我們的眼睛看不到。在雷雨天氣時，空氣中局部電荷的積累可以產生電場。而地球的地磁場可以讓指南針指向南北方向，鳥類和魚類就是用地磁場來判斷方向的。

電磁場的人造來源

除了自然來源以外，電磁波譜也包括了很多人造來源產生的電磁場：X射線可以用來檢查運動時意外骨折的四肢；每一個電源插座的電力與極低頻電磁場有密切的；擁有更高頻率的無線電波可以用來傳遞信息，無論是通過電視天線，廣播電臺還是手機基站。

波長和頻率的基礎知識

為什么不同形式的電磁場如此不同？

用來描述電磁場的主要特征之一是它的頻率或者說相應的波長。不同頻率的電磁場會與人的身體以不同的形式發生相互作用。你可以把電磁波想象成以很快的速度——光速傳播的一串周期性的波動。頻率描述了每秒鐘振動或者周期的數量，波長描述了一列波和下一列波之間的距離。所以波長和頻率不可分割地交織在一起：頻率越大，波長越小。

一個簡單的比喻可以幫助你解釋這個概念：把一根長繩子綁在門把手上，手持繩子的另一端。上下緩慢移動繩子，會產生一個很大的波動。更快的移動會產生一串小的波動。繩子的長度是固定的，你產生的波浪越多（高頻率），波浪之間的距離就會越小（波長小）。

非電離性的電磁場和電離性的輻射有什么區別？

波長和頻率決定了電磁場的另外一個特性：電磁波是以小微粒光子作為載體的。高頻率（短波長）電磁波的光子會比低頻率（長波長）電磁波的光子攜帶更多的能量。一些電磁波的每個光子攜帶的能量可以大到擁有破壞分子間化學鍵的能力。在電磁波譜中，放射性物質產生的伽馬射線，宇宙射線和X光具有這種特性，被稱作“電離性輻射”。光子的能量不足以破壞分子化學鍵的電磁場稱作“非電離性輻射”。組成我們現代生活重要部分的一些電磁場的人造來源，像電力、微波、無線電波，在電磁波譜中處于相對長的波長和低的頻率一端，它們的光子沒有能力破壞化學鍵。

低頻率的電磁場

任何時候只要一個正電荷或者負電荷存在的時候，電場就會存在。它們會對電場范圍內的其他電荷施加作用力。電場強度的大小是以伏/每米(V/m)為單位來衡量的。任何一條接電的電線都會產生電場。沒有電流流過的時候，電場依然存在。電壓越大，距離電線一定距離的電場強度也會越大。

電場在距離電荷或者通電的導體距離很近的時候強度zui大，強度會隨著距離的增大而迅速衰減。像金屬一樣的導體可以有效地屏蔽電場。其它的材料，像建筑材料和樹木可以提供一定的屏蔽能力。所以，房屋外面的輸電線產生的電場可以因為墻壁，建筑和樹木的阻擋而降低。當輸電線掩埋在地下的時候，地面的電場強度幾乎檢測不到。

磁場是由電荷的移動產生的。磁場強度是由安培/每米(A/m)為單位來衡量的。在電磁場的研究中，更常見的情形是，科學家使用一個有關的數值，磁通量密度（單位微特μT）來代替A/m。相比于電場，磁場只有在一件設備的電源開關打開，電流流過的時候才會產生。電流越大，磁場強度就會越大，

和電場一樣，磁場在距離它們的源頭zui近的時候強度zui大，強度會隨著距離的增大迅速減小。磁場不會被建筑材料一類的普通材料所阻擋。

磁場與電場對比：

電場

將電器的電線插到插座里，電器周圍的空氣中就會有電場存在。電壓越大，產生的電場強度越大。由于即使沒有電流流過的時候，電壓仍然存在，電器周圍不是只有電器開關打開的時候才存在電場。

磁場

磁場只有電流流過的時候才會產生。在房間里，磁場和電場可以同時存在。電流越大，磁場越大。高電壓用于電力的傳輸和分配，相對低的電壓用于家庭的使用。電力傳輸線每天使用的電壓會有些許變化，而電力傳輸線中的電流會隨著電力消耗的大小而變化。

電器的電線周圍的電場只有在把插頭拔掉或者墻上電源插座的開關關閉的時候才不會存在，不過電場在墻上插座后面的電線周圍還是存在的。

靜止的電磁場和隨著時間變化的電磁場有什么區別?

靜止的電磁場不會隨著時間變化。直流電（DC）是只朝著一個方向流動的電流。在電池驅動的電器中，電流由電池流向電器，再由電器流回電池。這將會產生一個靜止的磁場。地球的地磁場也是一個靜止的磁場。一塊磁鐵周圍的磁場同樣是這樣的，把鐵屑撒到磁鐵的周圍就可以觀察到磁場的模式。

作為對比，隨著時間變化的電磁場是由交流電產生的。交流電在周期性的時間段中會來回反向流動。在大多數歐洲國家，電流的方向以每秒50次的頻率改變，或者說50Hz。同樣的，產生的相應的電磁場的方向也會以每秒50次的頻率改變方向。北美電力使用的頻率是60Hz。

低中高頻率的電磁場來源各是什么？

電器產生的隨著時間變化的電磁場是極低頻電磁場（ELF）的一個例子。極低頻電磁場的頻率通常小于300Hz。其他一些設備可以產生300 Hz到10 MHz的中頻電磁場和10 MHz到300 GHz的射頻電磁場。電磁場對人體的作用不只取決于它們的強度，也取決于它們的頻率和能量。我們的電源和各種電器是極低頻電磁場的主要來源；計算機顯示屏、防盜設備和安全檢查系統是中頻電磁場的主要來源；收音機、電視、雷達、手機天線和微波爐是射頻電磁場的主要來源。這些電磁場可以在人體中產生感應電流，如果電流足夠強大可以產生一系列的效應。比如加熱和電擊，這取決于電磁場的強度和頻率范圍。（然而要產生這些效應，人體周圍的電磁場強度必須非常的強，遠遠大于正常環境下的電磁場強度）

高頻率的電磁場

手機、電視和廣播發射臺以及雷達可以產生射頻的電磁場。這些電磁場可以用來長距離地傳遞信息，是*廣播、電視和電信存在的基礎。微波是GHz范圍的高頻率射頻電磁場，在微波爐里，我們可以用微波來快速加熱食物。

在射頻頻段，電場和磁場緊密的在一起，我們通常以功率密度，瓦/平方米(W/m2)來衡量它們的強度。

要點總結：

電磁波譜既包含了自然產生的，也包含了人造的電磁場來源。

頻率和波長反映了電磁場的特性。在電磁波中，這兩個特性直接互相在一起，頻率越高，波長就越短。

像X射線、伽馬射線一類的電離性輻射包含了能量足以破壞分子間化學鍵的光子。工頻（譯者注：各種電力設備、電源、電器的頻率，主要是極低頻）和射頻的電磁波的光子的能量則低得多，沒有電離性作用。

只要電荷存在，電場就會存在，電場強度的大小是以伏/每米(V/m)為單位來衡量的。磁場是由電流產生的。它們的磁通量密度使用微特（μT）和毫特（mT）為單位來衡量。

在射頻和微波的頻率，電場和磁場作為電磁波的兩個元素來一起考慮。以瓦/平方米(W/m2)為單位的功率密度被用來衡量此類電磁場的強度。

低頻率和高頻率的電磁波以不同的方式影響人體

我們生活中低頻率電磁場的主要來源是電源和電器，射頻電磁場的日常來源主要是電信設備、廣播天線和微波爐。