电磁波的特性与传递.ppt

1、何謂電磁波,“電磁波”，就是電場與磁場交互作用， 而在空中產生的行進波動。其行進的模 式類似海浪前進的波浪狀。,我們在日常生活中，常說的紫外線、陽 光、紅外線、收音機的、調頻的 、電視波、軍用的雷達波、用來偵測 天氣的氣象用雷達波，或在夜晚我們站 在山上向下看城市的萬家燈火之光線、 X光、伽瑪射線、核能電廠產生之幅射 線等等皆是電磁波。,電磁波的特性,電子在磁場中的高速運動或高能粒子撞 擊物質或帶能粒子自發性運動皆會輻射 出電磁波，其振動方向與波的行進方向 相互垂直，是為橫波 (Transverse Wave)。,電磁波的特性參數有傳播速度(c)、波長()、 週期(T)、頻率(f)、振幅(或強

2、度)、相位()、 調變比(Modulation ratio),電磁波傳播速度( c )= 頻率( f ) X 波長 ( l )nc =3X108 m/sec,電磁波的頻譜,電磁波依頻率分類，由低頻率至高頻率可 分為直流、低頻、射頻(RF)、微波(MW)、 紅外線(IR)、可見光、紫外線(UV)、X-射線 (X-ray)、 -射線(-ray)等 。,電磁波的頻率即為每一個單位時間內由 空間中一個定點所通過的振盪次數。 其度量單位為每秒的週期數，或赫 （ hertz ，縮寫為 Hz ）。 每秒 1 個週期等於 1 赫。常用來描述射 頻（ RF ；譯註：泛指無線電波頻段）電 磁場的各種較大的級數包括

3、千赫 （ kHz ），或每秒 1 千個週期；百 萬赫（ MHz ），或每秒 1 百萬個週期； 以及吉赫（ GHz ），或每秒 10 億 個週期。,依其頻率與能量的高低，電磁波又可分為 游離輻射或非游離輻射（ NIR ）。,游離輻射係指頻率極高的電磁波（如 X 光和 伽瑪射線），其光子能量強到足以藉由打斷 結合細胞內各種分子的原子鍵結而產生游離 化（創造出帶正或負電荷的原子或分子的組 成）。,非游離輻射（ NIR ）泛指電磁頻譜中光子 能量微弱到無法打斷原子鍵結的電磁波。 其中包括紫外線（ UV ）輻射、可見光、 紅外線輻射、射頻和微波電磁場、極低頻 （ ELF ）電磁場、以及靜電場與靜磁場。,

4、電磁輻射是傳遞能量的一種方式，輻 射種類可分三種： 1.游離輻射：能量最強，可以破壞生 物細胞分子，如射線、X光線。 2.非游離輻射(有熱效應)：能量弱， 但會產生溫度，如微波、紫外線。 3.非游離輻射(無熱效應) ：能量最弱， 不會產生溫度變化，如無線電波、 電力電磁場、電視電腦螢幕、大哥 大基地台與手機。,電磁波的傳遞,依傳播方向與電場或磁場的關係，我們可 以把電波分成三大類:,(一)TEM波： 此波又稱為橫向電磁波 (Transverse Electromagnetic Wave)， 亦即電波的傳播方向無電場及磁場成 份，電場及磁場的變化方向是在與傳 播方向垂直的平面上，故又稱為平面 電

5、磁波(Plane Wave)。,(二)TE波： 此波又稱為橫向電波 (Transverse Electric Wave)，亦即電波的 傳播方向無電場成份，電場只在與傳播方 向垂直的平面上變化，但是磁場卻存在傳 播方向以及垂直傳播方向的平面上變化。 這種電波的頻率 通常很高，而且要高過某 一個截止頻率(Cut-off Frequency)才會傳 播，低於截止頻率則停止傳播。,(三)TM波： 此波又稱為橫向磁波 (Transverse Magnetic Wave)，亦即電波 的傳播力向無磁場成份，磁場只在與傳播 方向垂直的平面上變化，但是電場卻存在 傳播方向以及垂直傳播方向的平面上變化。 這種電波

6、的特性類似 TE波，也具有截止 頻率的限制。,FM、AM的差別與功率,AM(amplitude modulation) 振幅調制:調幅(廣播);信號高低調變度以(%) 百分比表示。,FM(fequency modulation) 調頻調制:調頻(廣播);信號頻率調變度以 (KHz or MHz)表示。,AM是 一種是調幅波， 調幅電台的頻率範圍：5401600KHz。 調幅電台是指載波的頻率固定改變振幅。,FM是表示另一種是調頻波， 調頻電台的頻率範圍：88.0108.0MHz。 調頻電台是指載波的振幅固定改變頻率 。,電磁波的應用,電磁波的應用相當廣泛，像廣播、電視、 衛星、雷達等，都利用電

7、磁波傳遞訊號； 微波則是通訊和雷達最主要的頻段，國際 組織將無線電波頻段畫分為許多頻道，甚 至規定軍用頻道，避免彼此干擾，所以軍 用、民用、衛星、電視等，各有劃定的頻 道；太空通訊又與地面通訊所用的頻道不 同，也是避免與被地面通訊干擾或攔截。,十九世紀的電磁研究,Volta：電池 Ousted：發現有電流的導線會使羅盤偏 向。 Ampere：建立電流產生磁場的說法 Faraday 思考電能生磁，磁能不能生電 發現線圈中放一根磁鐵，磁鐵抽出或 放入時線圈中都有電流產生(原先沒有 電流)。 完成許多實驗，提出力線和場的概念 。,雷達的發明(1940年代),二次大戰爆發。英國處於德國轟炸機的陰 影之

8、下。 由Watt爵士領導，快速地完成雷達的製造， 挽救了英倫三島。 目前仍是人類戰爭與和平期間最得力的工 具。,現代電磁波的應用,傳達訊息 人造衛星與海底光纜 基地台與無線區域網路,探測環境 人造衛星 拍攝颱風動態、全球定位、偵察敵 人飛彈部署、探查地下礦產和資源。,應用電磁波範圍擴及紅外線和可見光 同樣用於通訊和遙測。,電磁波對人體的危害,. 對中樞神經系統的危害 . 對機體免疫功能的危害 .對心血管系統的影響 .對血液系統的影響 .對生殖系統和遺傳的影響 .對視覺系統的影響 .電磁輻射的致癌和致癌作用,暴露在超極低頻率(SELF, 0-30Hz)及極低頻率(ELF, 30-300Hz)的電

9、磁波,此類電磁波不會產熱，大多屬於自然界中地球自有的電磁場及人為的電力波。 包括電力工業的變壓器、高壓電線、一般及屋內電力傳送線結構、及家庭電器使用都合產生極低頻率(ELF)的電磁波。其可能對生物細胞膜產生作用而阻斷其離子流動。 此範圍的電磁波(ELF)不容易評估其暴露量不受其他因素扞擾，因此不易研究。,其可能的健康影響可能改變細胞對荷爾蒙及細胞神經傳導物質的反應、扞擾染迤色體物質(DNA; RNA)的傳遞及複製，可能會致癌。流行病學調查最有名的是距離電力變壓器轉運站越近，白血病(leukemia)發生的機率越高。但是最近許多類似的研究卻沒有一致性的結論，同樣的在從事電力行業的員工多項研究綜合

10、分析發現; 高暴露群有輕微的升高得到白血病的危險; 但無法排除有機溶劑暴露的扞擾。因此，目前我們只能建議電線結構物可能會輕度增加孩童白血病的危險。,收音機頻率(Radiofrequency, RF) 電磁波,包括波長3km至1mm，頻率100kHz至300GHz含AM及FM收音機聲波、VHF及UHF電視波、微波、醫療儀器電磁波、電話波到雷達波。此範圍的電磁波通稱為RF。其與ELF的差別主要在於-此類電磁波如微波會有熱效應出現。如氣候之熱影響，但較難預測其作用。,其熱效應的健康影響方面，在動物增加接受RF熱電磁波的暴露，會有血管擴張、皮膚蒸發、細胞代謝、分裂、及免疫反應均受影響。在人體則會有燒傷

11、、間歇性高血壓、神經精神症狀出現等。溫度敏感的器官如眼睛會全有白內障(頻率10GHz)及視網膜病變。因此使用微波爐，絕對不可直視爐內，以免微波進入眼睛產生傷害。 微波在非溫度的健康影響上，微波暴露會影響細胞成長老鼠的骨髓功能及行為改變在人體的健康如是否有關癌症或行為影響，仍有待研究。大哥大行動電話，甚至醫療儀器所釋放出的電磁波等是否有害身體健康，迄今尚有待研究證實。,許多此類微波如電磁爐、微波爐等，只要距離拉大到30-40公分以上，這些電磁波的能量及影響就能減到最小。例如大哥大行動電話在接收那一刻即是電滋波最強的時候，只要在按鈕時，拿遠一點約30-40公分以上：然後再拿近通話即可避免高能量電磁波可能的傷害。,參考文獻, .tw/PubLib/NewsLetter/90/164/10.htm 世界衛生組織國際電磁場計畫網頁( /peh-emf ),產經4A 06220