为什么电磁波在真空中会损耗吗空气中可以扩散?


展开全部简单的说就是利用了电磁感应原理,电磁波可以不依靠介质以光速在空间中传播,而在另一个天线上产生感应电流,手机再将信号解码放大并通过耳机播放出声音,反过来也可以向其他手机传送信号。现在的手机都是现在的手机基本上都是蜂窝电话,利用无线电与在附近的基站交换信息,通过基站的大功率系统再来与在通信范围之内的其他终端机进行通信。要是还不知道无线通信的原理可以上百度去搜索下。有事找度娘。已赞过已踩过你对这个回答的评价是?评论
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0:-1;if(n!==r)for(var i=0;i0&&function(t,e,n,r){var i=document.getElementsByClassName(t);if(i.length>0)for(var o=0;o展开全部手机发送电磁波信号给基站,基站再传输到目标所在基站,目标基站再按要求分类到通话或者网络,就连接上了。因为是电磁波,本身就携带能量,不是通过振动空气来传播,所以可以在真空中行进,太空中的通信就是这种。展开全部电磁波传递能量……
不要介质的……
展开全部电磁波传输
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展开全部光他可以根据其强度,发光频率和颜色来表示一定的信息,声音可以根据音色,音调 由频率决定和响度,由振幅决定来判断,电磁波可以根据不同的频率,波长,振幅和相位来表示一定的信息,在日常生活中,我们通过一些现象或多或少地发现声音的传播条件似乎比光的传播条件更严格,例如,无论我们如何在游泳池里大喊大叫,对方很难听到我们在说什么。最好使用一束光来快速传输信息,不仅在水中,而且在大气中,在雷鸣般的天气中,我们通常首先看到闪电的出现,然后听到雷声的轰鸣声,因为声音的传播速度比光慢得多。我相信很多朋友已经在初中物理教科书中学习了与声波相关的知识,从教科书中,我们知道声音的产生取决于物体或介质的振动。本质上,声波是机械波,其传播必须依赖于介质,我们周围的空气是声波传导最常用的介质,但声波在不同介质中的传播速度不同,这与介质的密度有关。实验表明,介质密度越高,声波传播速度越快。同时,它也可以解释为什么声波传输不能在真空中进行,因为真空没有介质条件,除了缺乏介质,光他的传输速度其实他也是惊人的。同样的问题,大概自上世纪初以来,许多科学家通过实验测量了每秒约 300,000 公里的光速,这其实比声波在任何介质中的传播速度快得多。因此,世界上一些军事强国已经出现了超音速的飞机,但其实超高速飞机他只存在于科幻作品中,因为现实中我们人类无法达到光速。关于电磁波可以传递声音那光可以传播声音吗的问题,今天就解释到这里。已赞过已踩过你对这个回答的评价是?评论
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展开全部不会。据了解,声音是机械波,而光是电磁波,它们两者的振动完全不相关。让光带着声音传播是绝对不可能的,所以光是没有办法传播声音的。展开全部声音不可在真空中传播,如果不在真空状态应该可以,只是光传播的声音频率跟我们能听的声音频率不同,所以我们应该听不到。
展开全部不能。声音靠介质振动传播。声音属于机械波,光是粒子波。二者振动没有关联。所以光不可以传播声音。展开全部电磁波是作为载体传递记载声音的信号,光也可以作为载体传递记载声音的信号,光传递信号是通过光纤进行的。
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本次回答围绕四个问题回复,题干问题请直奔回答第二点
1 什么是电磁波?电磁波是怎么的结构?
2 电磁波是怎么产生的?怎么传播?电磁波的分类以及性质?
3 如果人眼能看到紫红外电磁波,那这个世界会是怎么样呢?
4 电磁波对世界影响最大的行业是什么,它的发展流程是怎么样的?各位通信的大佬轻喷,大学上「通信原理,数电模电和信号与线性系统分析」课
就觉得难了,才疏学浅。1 什么是电磁波?电磁波是怎么的结构?1.0.1 电磁波(Electromagnetic wave)是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波,是以波动的形式传播的电磁场,具有波粒二象性。由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动,其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面。(图1-1 波形图)这句话不理解没关系,难理解的事物 通常只是现实生活中不曾见,还难找出能类比的事物。就像要解释什么是引力波,向未见过光明的人解释颜色。以下1.0.2 我们借助一个例子 理解一下电磁波的结构。如下有Altman1号,要使用光波击倒小怪兽2号。我们所知 小怪兽一般都是生物变异,所以可以通过发射电波(如下图绿色波线),在图中它是「像海豚一样上下扭动」的发射出去 以传向小怪兽。但是如果小怪兽是 机械型,使用电波作用就不大。可以考虑发射磁波(如下图橙色波线),它是「像带鱼一样左右扭动」的发射出去 以破坏小怪兽。而对付两者合体的小怪兽,需要将电波和磁波一比一合并发射,其实电磁波也是类似结合后 这样传播的。2 已知了电磁波的结构,那波是怎么产生的呢? 依靠什么介质传播? 电磁波的分类以及性质呢?2.0.1 电磁波的产生:在一个交流电源和电容器组成的闭合电路中,能产生一个振荡的电场,电场产生一个振荡的磁场,两者相互激发,这些连续不断 同相振荡的电场和磁场 将共同地形成电磁波。请李永乐老师画个图。(图2-1 电磁波激发原理图)2.0.2 电磁波依靠什么传播:作为对比,我们知道声波是需要介质才能传播,声音传播是因为空气分子在相互挤压,属于作用力的传递。而电磁波传播不需要依靠介质,靠的变化的电场和变化的磁场相互激发在空间中传播,即运动的电荷产生磁场,变化的磁场产生变化电场,循环激发传递。题干要通俗易懂,就像我们爬上悬崖,正常人是需要介质「像梯绳」才可以往上爬,但是电磁波就类似于「左脚踩右脚」飞出去了。2.0.3 电磁波的分类以及性质?2.0.3.1 分类:按波长从长到短 我们可以将电磁波分类成 无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线,X射线及γ射线这几类。在此回答一下题干第三点,1 X和γ两种射线 具有直接放射性辐射,能够打断生物DNA链的复制,遭受过量辐射有致癌风险。2 遭受过量紫外线照射 有引发皮肤癌风险。电磁波整体是由很多前后相继的波峰和波谷所组成,两个相邻的波峰或波谷之间的距离称为波长(如上图1-1 波形图所示)。而电磁波的波长更有不同的长短尺寸,如下电磁波波谱图,从图中度量可得,从非常短的伽马射线,到非常长的无线电波,度量跨度极大。(图2-2 电磁波波谱图)2.0.3.2 性质:电磁波在真空中速率固定,速度为光速(约等于3 x 10^8m/s),在不同介质中传播速度的计算将满足以下公式真空中:c = λf 介质中: \frac{c}{相对介电常数} = λf 其中c为光速,是一个常量,值为2.99792458×10^8m/s; λ为波长,单位为m ; f为频率,每秒钟振荡的周期,国际单位制为赫兹hz。笔者公式所得,如果电磁波频率越高,则波长越短,能量也就越高,穿透能力越强,衍射(绕射)能力越差。通俗点就像 小奥特曼能量充沛的时候放光线,「射线zZZ」是频率高能量高,穿透能力强,不绕射一发结局;当指示灯闪烁时,绵长无力的「长波~~~」直接就能被绕过去了。2.0.3.3 传播速度:1 当波从真空中传播至另一个介质时,波速会改变(会小于光速),频率不变(频率只由波源决定)。2 决定电磁波的传播速度和介质有关,在公式中的体现是波速(c)减小,波长(λ)减小,本质是 介质改变了波长,从而改变的波速。3 电磁波在介质中传播时存在损耗,根据能量守恒定律,无法做到永久传播。3
如果人眼能看到紫红外电磁波,这个世界会是怎么样的?目前能被人类或者动物可视的电磁波有「紫外线,可见光,红外线」,下面会列举一些动物对紫外和红外的 可视部分的波段,还有紫外红外相机下的颜色显示图。就是动物能看到哪部分波段,以及目前看到的紫红外线究竟是什么颜色的。(数据换算关系:1mm = 1000μm = 1000,000nm,mm=毫米,μm=微米,nm=纳米)3.0.1 从可见光部分说起,从下图可以看出,人类可见光的波长范围大概是在「400nm-700nm」之间。并且现在网上对可见光的范围也各有各的区间(大体是浮动在「380nm-780nm」左右,没有一个极其精确的范围)。这是因为 "可见" 本身就不是一个能够 精细量化的概念,人类对于可见光谱范围没有精确的范围。有些人眼睛好,能感知到波长在「380nm-780nm」之间的电磁波,但大部分人眼睛 感知电磁波的波长是在「400nm-700nm」之间。且正常视力的人眼 会对波长约为「555nm」的可见光最为敏感,这种电磁波处于光学频谱的绿光区域。(图3-1 横轴:wavelength代表波长,纵轴:spectral sensitivity代表光谱感光度)3.0.2 紫外线部分:上图显示螳螂虾存在至少12种视锥细胞(就是图中那一堆各个颜色的曲线,对比人类只有红/蓝/绿三根,意味着它拥有极其丰富的色彩范围,但这不在我们本次讨论范围之内)。图中它的可视波长范围在「300nm-720nm」之间。结合紫外线波长范围「10nm-400nm」,可见光波长范围「400nm-700nm」。可知紫外光,可见光,以及一些线偏振光甚至圆偏振光都在它的可视范围。且除了螳螂虾,还有蜜蜂,昆虫,鸟类等也可视紫外。当然有的帖子写红外线螳螂虾也可见,但红外线波长范围在「760nm-1mm」,是超出了虾的可视范围,很明显的不对。真理元素 拍摄的在紫外线下的世界,看起来像是现实世界的黑白版本。这里一开始我也有疑问,平时看到的紫外不是蓝紫色的吗?
平时看到的紫外是 杀菌用的紫外线灯吧,紫外灯中紫外波长的范围为「200-300nm」,并以
波长254nm左右的紫外线杀菌为最佳。虽然在技术上可以做到 全是纯粹的紫外光,但全紫外
对细胞具有辐射危害性,还不能引起视觉,所以杀菌灯设计 会添加可见范围的蓝光和紫光,
以引起视觉注意。(图3-2 紫外线下的世界)3.0.3 红外线部分:在《蛇类红外感知研究进展》的这篇论文,2.4节中 生物化学研究这段。“在「3000-5000nm」和「8000-12000nm」波长范围内,蟒蛇的的唇窝范围相比于周围组织表现出更加明显的吸收性或放射性,且对「8000nm-12000nm」的红外线辐射吸收的更明显。”说明一些蛇类可以感知到红外电磁波。(图3-3 蛇类红外感知研究进展)红外相机下的颜色显示图: (图3-4 红外线透视图)3.0.4 基于上面的结论,我们再推论 如果现实世界要是能看到红外波长以下 将是怎么样的。笔者找到了对上面螳螂虾仿生视角的视频,但是这个仿生偏振摄像机(bio-inspired camera)仿生的是偏振光。不是我们想要的它的真实视角,但是我想借这个图片猜测一下,如果现实中能看到红外以下波长的波,认为这个世界可能基本都是红外的颜色,跟我一开始希望的 像偏振这样绚丽多彩 不同。 (图3-5 仿生偏振光摄像画面记录)4 电磁波对世界影响最大的行业是什么,它的发展流程是怎么样的?从1887年赫兹设计 电磁波震荡实验开始,发展出摩尔斯电报,广播通信,大哥大,再到现在的2345G手机,无线通信应该是电磁波这200年来影响最大的行业。从简单的一段波 发展到现在的5G信息爆炸传输,整个的技术发展过程,我尽量讲清楚。 4.0.1 赫兹的电磁波震荡实验在1865年麦克斯韦提出了麦克斯韦方程组,预言了电磁波之后。1887年德国科学家海因里希·鲁道夫·赫兹 通过赫兹实验 才证实了电磁波的存在,验证了麦克斯韦的理论。(图4-1 赫兹电磁波实验)该实验主要是使用一个LC振荡回路 生成和接收电磁波,具体实验步骤如下:1 当实验设计者 合上图中唯一的那个电路的开关(电池上面),电流流过电感线圈将形成闭合回路,电感线圈会把电能转化为磁能存储起来,这也是电感的特性。2 闭合稳定之后再断开电键,储完能得电感线圈和两个大铜球组成了一个交流的LC振荡电路。(两个大铜球相当于电容,储存电荷的容器,通俗点先想象成一个充电宝吧)3 LC振荡电路中的交变电流 在两个小铜球间 把空气击穿后形成了电磁振荡,向外发出电磁波。4 接收器处的小铜球发生类似机械共振一样的电磁共振,接收到传导的电磁波,当45处铜球也被击穿,发出滋滋的电火花,即证明了电磁波的确是存在的。什么是LC振荡回路?这个回路为什么会振荡呢?一个最简单的LC振荡回路是是包含一个电感(用字母L表示)和一个电容(用字母C表示)连接在一起的电路。LC振荡电路的原理是通过运用电容电感的储能,让电磁在电容电感中不断交替变化,这样来来回回,产生了交变的振荡电流。(图4-2 简易LC振荡回路)通俗点就像
当电键切开后,将存储电流放到了玩滑板的U型池中,电流一会冲进电感这头,一会转向滑到电容这头,一直在U型池中来回振荡。4.0.2 无线电报的发明从1837年摩尔斯制作出第一台有线电报机发报进行信息交互。到了19世纪90年代,世界各地仍要经过有线的电报来传递信息,特斯拉,马可尼等科学家在这时开始了通过电磁波通信的无线电报研究,加上当时远洋航行通信的需要,无线电报的出现使无线通讯变得可能,自此将电磁波带入了通信行业,也将通信行业带到一个全新的高度。上面是在实验室发现电磁波,现在是要用它在无线通信行业 做点事一开始的摩尔斯电报,由于电报的传输能力很有限,人们必须把信号进行编码,传输完成后再对信息进行解码以达到信息传输的目的。所以摩尔斯设定了一些点和划来表示英文字母和数字,从摩尔斯电码表中可以看到英文26个字母,10个数字与点划的对应,而点和划应用到无线电报中也就表示发射短的电磁脉冲和长的电磁脉冲。(图4-3 摩尔斯电码表)到这一步,问题就变成了 电磁波是怎么从【赫兹的振荡】到【短脉冲和长脉冲】的,因为长短脉冲就可以来传输信息了。脉冲通常是指电子技术中经常运用的一种像脉搏似的短暂起伏的电冲击。就类似在下图下面的电路,在发射端加上一个电键和天线,通过敲击电键时间长短来实现一个个短脉冲或者长脉冲的振荡。(图4-4 马可尼无线电报原理图)4.0.3 广播的原理是怎么样的?接上节,已经能通过电磁波实现了电报这种信息的传输了。但一直以来,人类从对信息进行传递是从点点划划,文字,声音,图片,视频,再到数据洪流演变的。电报是实现了人们对传播信息文字的需求,而收音机,电话的出现 则实现了人们对传输声音的需求。1)发送与传输滴滴答答不同,声音的传递已经换了一种传输的思路了。因为如果想把一个语音信息发送出去,该信号记录后是个几百赫兹的低频信号,为了实现长距离的传输,必须要将低频信号调制到可能有几百兆赫兹的高频信号上。这个调制时低频与高频的关系就像货物和货车一样,低频信号是需要运送的货物,高频信号是货车,我们将货物装到货车中以运载到目的地。问题1 为什么无线电通信要将低频信号调制到高频传输?1、信号发射器半径 >= 波长/4,当天线的长度为无线电信号波长的 1/4 时,天线的发射和接收转换效率才最高,低频信号由于波长长,所以天线也得很长。比如美国1986年建成 用于与潜艇通信的超长波电台 总长就为135公里。2、低频段干扰大,各种工频谐波,电子设备的信号漂移等都在低频段,要想信号不被干扰“淹没”必须大大提高信号强度(传输功率)。3、低频段信号通道资源少,信号要避免相互干扰很困难。其实这还有个问题,我们的声音怎么就变成了低频信号了呢?我们把低频信号变成高频信号的这个过程称为调制,这个过程是怎么样的呢?高频信号的振幅随着低频信号的变化而变化,如下图振幅一会大一会小,我们称之为调幅信号AM。
高频信号的频率随着低频信号的变化而变化,如下图频率一会大一会小,我们称之为调频信号FM。我们借助一个例子很容易就能理解这个过程,下图花括号中的两条波形 就像两队人在擦玻璃,第一队擦的偷懒摸鱼,二队擦的一丝不苟,现在对两队人员打乱调制一下。调频组的波形 变成上下都擦,但是看着擦一会,他要慢下来歇息一下,整体擦的全但是擦的慢了。
调幅组的波形 就是嫌弃顶部底部难擦,全程擦的快,但是上下有部分他不擦,是不是很好理解了。(图4-5 调幅调频原理图)2)传播信号的传播方式一共有三种,第一种是地波,频率较低(约2MHz以下)的电磁波,趋于沿弯曲的地球表面传播,有一定的绕射能力。第二种叫天波,频率较高(2MHz-30MHz)的电磁波称为高频电磁波,它能够被电离层反射,电离层位于地面60km-400km,经过f层反射的电磁波可以被地面再次反射,并再次由电离的f层反射,多次反射传播。这种波一般用在短波无线电通信,比如说广播,电报。第三种叫视线波,频率高于(30MHz)的电磁波将穿透电离层,不能被反射回来,此外,它绕射地面的能力也很小。所以它只能类似光波那样做视线传播,也就是直线传播的意思,或者通过中继,一段一段的传输。3)接收同样设置一个带天线的LC振荡回路,调节振荡电路的频率使它与发送电磁波振荡电路的频率一致,才会发生发生谐振,就是说把空间中 我所需要接收的电磁波给摘出来,这个过程称之为调谐。比如说使用收音机需要换台,就是是去调LC回路中的固有电容,使振荡的固有频率发生改变,把固有频率调到你想要收听的电台。而我们接受到之后是不能直接听音乐的,还要用调制解调器 将原来的高频信号变回原来的低频信号,这个过程我们称之为解调,将高频信号滤掉之后,把剩下的低频信号接入一个喇叭进行播放,这就是对广播收发的整体原理。4.0.4 手机无线通信技术时间来到20世纪末,手机无线通信开始进入大众的视野。第一代大哥大的通信也使用着与广播相同的传输方式,使用模拟信号来传输。一直到2G时代,手机开始改变使用数字信号传输信息。4.0.4.1 什么是模拟信号,这边引入其他话题下的回答。数字信号取代模拟信号是因为 模拟信号在传输的过程中,会出现衰减或者失真的情况,并且无法通过放大器恢复成原始信号。但是数字信号在传输过程中,可以使用中继器将传输信号恢复成01状态再进行传输,抗干扰能力强等优点。4.0.4.2 以下,我们进入2G传输的时代,那为什么要分G呢?这个G是什么意思的? 2345G的G是"代"(generation)的缩写,全称是第n代移动通信技术。4.0.4.3 数据时代是怎么传输信息的呢?2345G为什么数据传输越来越快了呢?从数据时代开始,我理解手机2345G传输的问题都变成了 信息高速公路上从基站到手机 最后一公里的传输问题了。比如说现在我们要在app上看一段视频,请求的数据会从app视频提供商的服务器 - 经过路由器 - 基站 - 将数字信号调制后发射电磁波信号 - 手机天线 - 基带处理器 - 将接收到的电磁波信号转为二进制数据存入内存 - CPU再从内存中将这些数据帧解码 - 在手机的app中播放。从以上路径可得,需要电磁波传输的只有基站到手机这部分。知道了是从基站到手机,我们再来看下为数字信号传输划分的道路,也就是三大运营商频段划分图。可见2G分布大概为(890-1850MHz)之间,3G频率在(1880-2125MHz)之间,4G频率分布是在(1880-2390MHz)之间,5G频率在(2515-2675MHz)和(3500-4900MHz)之间。(图4-6 运营商频段划分图)4.0.4.4
极限数据传输速率是根据香农公式来计算的,什么是香农公式?为什么要了解香农公式的?因为2345G本质的改变一直都是在提高信噪比和提高带宽,所以这边把它们归属为同种来解析,了解香农公式是可以计算它们的极限数据传输速率。如下,在一个有噪声的信道中的极限数据速率和信道带宽之间的关系:C = B \log_2{(1+\frac{S}{N})} C表示信道容量,即极限数据传输速率,单位为bps,其中 B 表示信道带宽 (Hz),S 表示接收的信号平均功率 (W),N 表示噪声的平均功率 (W), \frac{S}{N} 为信噪比( \frac{signal}{noise} ),单位分贝为dB。这个公式挺简单的,我举个例子:就像我们看纪录片中的鲑鱼洄游,洄游河流假定是宽度(B),同一时间段内,鲑鱼游过同一段河流的只数叫洄游平均条数(S),该段河流大灰熊出现的只数 就叫噪音的平均只数(N),大灰熊会捕食鲑鱼就像噪音干扰信号一样。那这个公式就是用来算
在有捕食者情况下,这个河面宽度,该时间段内,能洄游成功鲑鱼的最大条数的(C),当然 河面越宽,C值就越大的,意思差不多就是这样。而当今2345G的通信变更,为了提高信号的极限传输速率,基本都是延续了香农定理的思路:提高信噪比和提高带宽。留一个题目
分贝与信噪比的关系:dB=10log10(S/N),例如当S/N=1000时,信噪比为30dB。
例题:当信道宽度为3000Hz,信噪比为30dB,最大(极限)数据速率为多少?4.0.4.5
为什么5G可以比4G多传输那么多数据呢?5G为什么频率会越来越高?因为频率一直在变大,带宽也在变大。使用的频段越高,根据c=λf公式,f增大,波长λ变小,波长变小单位时间内携带的信息越多,也就网速越快。使用的波频率越低,单位时间携带的信息越少,也就是所谓网速越慢。从2G到5G对于电波来讲,无非是人类使用的频率越来越高带宽越来越大,电波单位时间所携带的信息也就越来越多。通俗点就像传张小纸条,从以前只能写个C,到现在,你5G同学 把纸张撕多了些,字写小了些,能做到把整本教科书抄上去这种。4.0.4.6
目前45G能达到的理论峰值网速或平均网速是多少?Gbps和我们日常所了解下载网速的小换算。
1Gbps = 1024兆比特每秒 = 1000/8 =125MB/s,
100Mbps = 100兆比特每秒 = 100/8 = 12.5MB/s,
1Gbps=1024Mbps,100Mbps就是运营商平时说的百兆宽带,
12.5MB/s是理论最大下载速度,下行平时感觉只有10M/s左右。4G网络的理论下行速度是100Mbps(=12.5MB/s),极限是150Mbps的速度,上行速度是20-50Mbps,日常一般是16-80Mbps(=2MB/s-10MB/s)之间体验感最多了。5G网络的理论下行速度是10Gbps+,也就是(1250MB/s=1.25GB/s)。从理论到 运营商提供的speedtest测速,运营商的下行速度是1088Mbps(1088Mbps = 136MB/s)。但运营商毕竟是运营商,他们可能是手机贴在基站天线上测的速。而到了用户手中,因为可能有 1 测试点位与基站之间有些物理距离和格挡,2 同基站接入过多的人数,3 信号被其他电磁波噪声或者强信号源干扰,4 运营商对你套餐限速,5 你的测试机型等因素影响 还达不到1088Mbps。这边看了一些用户实际体验的下行速度是400-700Mbps+之间(也就是50MB/s-87.5MB/s)比较多。最后,以下只是我这边对5G的思考,投入和成本之间的考量,不构成本次回答。5G本身的优势是网速快和低延时,而要全民普及时 却存在劣势,比如存在「传输距离短,衍射能力差,基站建设成本高,耗电量大,骨干网络无法承载这么大的流量需求,套餐资费贵」等缺点。现阶段以及未来一段时间,觉得可能只是会在北上广深和一些重点城市 做全基站覆盖铺设。相比而言,5G解决通信 「最后一公里的问题」 最大的敌人又会不会是WiFi6呢,先让子弹飞一会吧。

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