電磁波的生活應用非常多 同學們知道這些應用 來自於哪些種類的電磁波嗎？ 又分別應用了哪些特性呢？ 電磁波是由振盪的電場與磁場組成 波長愈短、頻率愈大、能量也愈高 頻率小於可見光 且能量不足以游離原子核外圍的電子 稱為「非游離輻射」 而頻率大於可見光 且可以游離電子的 則稱為「游離輻射」 電磁波可依頻率分類 頻率由小至大 依序為無線電波、微波、 紅外線、可見光、紫外線、 X射線、gamma射線 接下來 我們就來看看這些電磁波的應用吧！ 無線電波的頻率 為300Kilo赫茲到300Mega赫茲 波長為1km到1m 它是由天線中的電子規律振盪所產生 因為無線電波的波長很長 可輕易繞射通過建築物 所以常用於通訊 比如在汽車上常收聽的廣播 微波的頻率介於1000Mega赫茲到300Giga赫茲 波長介於30cm到1mm 微波也是由天線產生 因為波長較短 所以天線可以做得很小 廣泛用於攜帶裝置 如手機、Wifi、藍芽耳機等 由於波長較無線電波短 可攜帶比無線電波更多的訊息 現在最熱門的5G 就是使用頻率比4G更短的微波 若要遠距通訊 把訊號傳到地球的另一端 可透過讓無線電波 在大氣層中電離層的折射來傳播 但是微波波長較短 會穿過電離層 因此需要藉由衛星的協助來傳播 天線發射訊號到衛星 衛星接收後 再發射訊號回地球 其實我們的手機就是一個小型天線 和國外的朋友視訊 或是使用Google map導航時 便是運用這個原理 另外 微波也可應用於雷達技術 比如用來探測天空或海中物體 或是氣象觀測 如預報颱風時常見的雷達回波 家裡常見的微波爐 也是微波的應用 微波可以穿透到物體內部 造成水分子振盪而加熱食物 紅外線的頻率 為300Giga赫茲到400Tera赫茲 波長為1mm到760nm 紅外線是由物體熱輻射發出 物體的溫度愈高 內部的原子或分子的振動愈劇烈 輻射出的紅外線能量就愈高 頻率也愈大 因此紅外線可應用在溫度探測器上 偏藍表示溫度較低 偏紅則是溫度較高 紅外線也可應用在夜視鏡 晚上物體無法藉由反射日光被我們看見 但是黑暗中的物體仍會熱輻射 因此我們還是可以透過紅外線探測的裝備看到物體 較短波長的紅外線 則被應用於遠距遙控 比如電視和冷氣遙控器 也可被應用在衛星拍攝地表影像 以判斷地表植被分布 我們最熟悉的可見光 頻率介於400到790Tera赫茲之間 波長介於750到380nm之間 可見光是原子的外層電子躍遷所輻射出的 也是太陽主要的產生波段 巧合的是 大氣層在可見光頻段有一個大氣窗 能夠讓可見光通過 因此我們才能看見這明亮的世界 植物的光合作用 主要也是使用這一頻段的光 這是由於可見光會激發電子躍遷 促使光合作用的化學反應發生 人們也利用熱輻射和電子躍遷的原理 來製造人工光源 比如最早被發明的白熾燈泡 就是用電流加熱鎢絲所產生的光線來照明 不過這種熱輻射的方式 會產生許多廢熱 只有少部分能量會轉成可見光的形式 為了做出更省電的燈泡 後來科學家使用原子中電子躍遷的原理製作燈源 比如熒光燈 熒光燈燈管中充滿水銀蒸氣 用電流激發這些水銀原子 致使原子中的電子躍遷 放出短波紫外光 紫外光使白磷產生熒光效應 就可以發出可見光 另一個例子是霓虹燈 燈管同樣是一個密閉的氣體放電管 通電後 氣體的電子躍遷 會放出特定波長的色光 不同種類的氣體 會發出不同顏色的光 藉由改變燈管中的氣體種類 就可以做出不同顏色的霓虹燈 再來看看頻率比可見光大的電磁波 也就是游離輻射 首先是頻率介於750Tera赫茲到30Peta赫茲之間 波長介於400nm到10nm之間的紫外光 剛剛提到可見光 是由原子的外層電子躍遷所產生 若是內層電子躍遷 釋放出的光子能量更高 這就是紫外光 夏天去海邊玩水時容易曬傷 是由太陽光中含有的紫外光所造成的 此外 紫外光能量較高 也會導致細胞損害 更高能量的紫外光 甚至可應用在消毒機上 用來殺死細菌 紫外光還可被應用於紙鈔、護照 和銀行存摺的防偽 這些內容以螢光油墨印刷 一般肉眼看不到 但是在紫外光照射下 則會激發電子 產生可見光 接著是X射線 頻率介於3乘以10的16次方赫茲 到3乘以10的18次方赫茲 波長介於10到0.1nm 它也是由原子內層電子躍遷所產生 一些原子序較大的原子 比如金屬 經過高速電子撞擊後 會產生電子躍遷 當電子由高能階躍遷回低能階時 就會放出能量比紫外光高的X射線 X射線波長短 能穿透人體組織 因此可作為醫療用X光 由於骨頭比軟組織更不容易穿透 在X光照射下會呈現白色 波長更短的X射線 甚至能穿透金屬 可用於工業檢測產品結構 檢查焊接位置是否正確或有無缺陷 由於X光波長和原子晶格大小差不多 會被晶格繞射 因此也被科學家用於探測晶格的結構 最後是波長最短的gamma射線 頻率大於3乘以10的18次方赫茲 波長小於0.1nm 也就是小於一個原子的大小 它是由能量更高的原子核內反應所產生 比如核衰變、核分裂和核融合 一些高能量宇宙天體和天文事件 比如黑洞和超新星爆炸等 都會釋放大量的gamma射線 還好大氣層會吸收掉絕大部分的高能輻射 生活在地球上的我們 才不受這些高能輻射的傷害 核能發電也會釋放出高能輻射 由於gamma射線穿透率高 因此核電廠需要很厚的混凝土牆 才能阻擋這些高能輻射的外洩 另外 gamma射線也被用於癌症放射治療 以精準聚焦方式殺死癌細胞 gamma射線消毒機 則可以更徹底的殺死病菌 我們來思考一下這個問題 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 電磁波有不同的頻率 頻率愈大、波長愈短 能量愈高 電磁波可以依據能量大小 被分為游離輻射和非游離輻射 長波長的電磁波容易繞射 可用於訊號傳遞 波長短的電磁波穿透性高 對細胞有殺傷力 用於探測物體內部結構和消毒 電磁波的應用真的非常廣泛 遍及我們生活的各個層面 你還能想到什麼有趣的應用呢？ 歡迎跟同學分享 今天就到這邊了 bye bye