什么是電磁波？電磁波到底能不能穿透金屬？

大家好，我是RF小木匠

今天我們一起來討論一個問題：電磁波到底能不能穿透金屬？這個問題來源于射頻學堂微信群的一個討論。對于一個工程技術出身的我來說，答案肯定是No！但是真正的答案是什么呢？到底有沒有可以穿透金屬的電磁波？跟著我一起去尋找答案。

我們先來講第一個問題，什么是電磁波？

這個我們做過一個專題《重走電磁之路》，電磁波的發現也不過兩百年的歷史，但是這兩百年卻徹徹底底改變了我們的生活。我們從《麥克斯韋方程組》，討論到《麥克斯韋方程組的物理意義》再到《電磁波的三要素》，再到《如電磁波的極化》。我們講述的都是射頻范疇的電磁波，也是目前通信系統應用最廣泛的電磁波——微波。但其實從廣義上講，電磁波是一種由同相 且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發射的震蕩粒子波，是以波動的形式傳播的電磁場，如下圖所示。

電磁波和我們剛介紹的聲波有本質的區別，我們在《聲波和電磁波到底有什么區別？》有過詳細介紹。電磁波的傳播不需要任何載體。

根據波長的不同，電磁波可以分為：無線電波，紅外線，光波，紫外線，X射線和伽馬射線。不同的電磁波的頻率不同，波長也不同，但是在真空中的傳播速度都是光速C=299792458 m/s。

這個就引出了比較熱門的幾個話題。我們一起討論一下。

1，電磁波到底能不能穿透金屬？

這時候您的答案是什么呢？比紫外線更高頻率的X射線和伽馬射線就具有穿透金屬的能力。X射線是極高能的波，其波長在0.03到3納米之間-比原子長不了多少，X射線的波長與原子大小相當，當照射到物體上時，一部分能量被吸收，而大部分能量可以穿透原子間隙，具有很強的穿透力。在工業生產中，我們可以用X射線來檢查金屬焊接的質量。如下圖所示。

當然波長更短的伽馬射線，其穿透能力更強?？梢暂p松穿透一般的金屬，比如鋁。所以通常用幾個厘米厚的鉛板或者幾米厚的混凝土來阻擋。伽馬射線通常來自于核輻射，對人體危害極大。

所以，對于波長很短的X射線和Gamma射線，電磁波是可以穿透金屬層的。但是我們通信中所用到的無線電波是無法穿透金屬層的。

這個一方面是電磁波的邊界條件，對于理想導體內部沒有電場和時變磁場，其表面沒有切向電場和法向的磁場，因此理想導體內部是不存在電磁波的。

2，手搖帶電棒能否產生電磁波？

這是來自知乎上的一個問題。電磁波是波動的電磁場，是電磁場能量的傳播，并不是電荷的傳播。從某種意義上來說，我們搖動帶電棒使得電荷發生振動。通過之前對麥克斯韋方程組的學習，我們知道，電流產生磁場，磁場的運動產生電場，電場能量和磁場能量相互變換震蕩輻射出電磁波。帶電棒是否就有電流呢？這是一個未知數，有電流是否就一定能產生磁場呢？有電磁場是否就能輻射出電磁波呢？這里面有一個條件不具備，就無法產生電磁波。但是這里的電磁波是無線電波。如果從廣義的電磁波出發，高于絕對零度（0K，即-273.15℃）的物質都可以產生紅外線。紅外線也是電磁波的一種，無論是手或者帶電棒都可以產生紅外線，但是這個電磁波的產生和搖不搖沒什么關系。熱量越高，紅外線的強度越大?，F在各個場合的紅外線測溫儀就是用了你身體產生的紅外線來測定的。

當然，對于我們射頻人來說，我們要研究的電磁波基本上無線電波頻段，對于5G通信來說，其應用的無線頻率在60GHz以下，而現在用的最多的是6GHz以下的頻段。

不同頻率，不同波長的電磁波，有不同的應用場景，也有不同的特性，就像我們的眼睛一樣，我們只能看到可見光這一個頻段的電磁波，對于大部分的電磁波，我們是看不見的。

今天就到這吧。

審核編輯：湯梓紅