电磁波的应用与危害

张景伟

（中国铁通四平分公司，吉林 四平 136400）

1 电磁波概述

什么是电磁？当带电系统的电荷或电流随时间变化，系统所产生的电场和磁场也会随时间变化。变化的电场在其周围激起磁场，变化的磁场也在其周围激起电场，这种变化的电场和磁场会向系统周围的空间传播，这种运动着的电磁场就是电磁波。在地球任何地方，无论白天还是黑夜，都存在着各种频率；强度不一；看不见、摸不到又闻不着的电磁波。电闪雷击、太阳黑子活动、大气、宇宙等都会产生电磁波，这是自然的电磁波。人为的电磁波主要来源于无线电发射设备、工业设备和医疗设备，如无线电台、手持移动电话、氦弧焊机、交流高压输电线、汽车点火器、微波炉、电视机、计算机等都会产生电磁波。总而言之，电磁波与我们的生活息息相关，只不过，有的是我们需要的，有的则是不需要的。

2 电磁波的应用

从1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在至今，一百多年的时间里电磁理论不断深化，其应用领域不断扩大。电磁波作为极重要的自然资源得到广泛应用。1895年俄国科学家波波夫发明了第一个无线电报系统。1914年语音通信成为可能。1920年商业无线电广播开始使用，20世纪30年代发明了雷达，40年代雷达和能信得到飞速发展，自20世纪50年代第一颗人造卫星上天，卫星通讯事业得到迅猛发展。如今电磁波已在通讯、遥感、空间控测、军事应用、科学研究等诸多方面得到广泛的应用。

很多效应都可以发射电磁波。电磁波谱就是波长最长的无线电长波，到中波、短波、微波，然后是红外、可见光、紫外、X光，直到波长最短的伽玛射线。

2.1 热辐射

只要是温度高于绝对零度的物体（其实就是所有物体，迄今我们认为不可能有物体达到绝对零度）都会辐射电磁波。但是辐射的强度和波长分布与物体的温度有关。例如铁块在室温下发出的电磁波你根本看不到，大约是红外线居多（所谓红外测温原理，就是测量此时辐射的红外线。），当它烧红的时候，开始辐射红色光，再加热，会变蓝变白，说明温度越高，发射的主要波长越短。

应用距离：白炽灯，就是靠钨丝加热到一定温度向外辐射光的。火把，最原始的照明工具，也主要是靠这一原理。

2.2 电磁振荡与天线组合

手机、电台、卫星电视台等利用电磁波进行通讯的设备，都是靠振荡电路和天线的组合来发射电磁波的。只要磁场或者电场发生振荡变化，就会辐射电磁波。只是辐射的效率不同。振荡电路就是一种可以产生一定频率的振荡电流的电路。电流振荡会引起电流产生的电场或者磁场的振荡。既然已经产生了电场/磁场的振荡了，就会发出电磁波，那干吗要天线呢？这是因为天线的形状可以增大产生电磁波的效率。主要应用于手机、电台、通讯卫星、卫星电视台、对讲机、无绳电话等各种使用电磁波通讯的设备。微波炉也是靠振荡电流发射微波的，只是这个振荡并不发生在导线里，而是发生在真空管里，原理是一样的。

2.3 外层电子越迁辐射

这类电磁波产生的原理是原子或者分子的外层电子，从高能级态向低能级态越迁的时候，辐射出电磁波。这种辐射的范围从红外到紫外都有可能。为了实现这种越迁，我们首先要把外层电子从低能级态移动到高能级态（又被称作原子或分子被激发到了高能级）。

2.3.1 利用气体电离，从而使气体分子/原子到达高能级态

这种方法，一般是在真空玻璃容器中充满某种气体，然后用高压击穿该气体使得其电离，从而将其激发到高能级态。主要应用于探照灯使用的高压汞（发光的是汞蒸汽）灯，氙气（发光的是氙气）灯，还有早期的电弧灯（发光的是空气）。

2.3.2 直接利用电流激发到高能级

这种方法，是直接利用电流通过某种材料，将该材料激发到高能级的。应用于发光二极管、液晶。

2.3.3 利用其他光源将其激发至高能级

这种方法，是利用其他光源发出的频率较高的光，将某材料激发到高能级，然后它越迁回低能级发光的。应用于日光灯（其内部是低压汞蒸汽，被电流击穿电离发出紫外线。但是这些紫外线照射到荧光灯表面涂的荧光材料上，荧光材料被激发到高能级，再越迁回低能级，发出了可见光），夜光笔、夜光表：白天吸收阳光，激发到高能级，晚上慢慢越迁回来，发光。

2.3.4 利用化学反应释放的能量使材料中的分子或原子激发到高能级

燃烧过程中的焰色反应就是靠燃烧中激发某种材料到高能级，再越迁回低能级产生的。应用于萤火虫、冷光棒（一种弯折后可以发出冷光的照明用具）。

2.3.5 激光

激光作为一种特殊的光源，我们单独讨论。激光的特点是，由于泵浦源将材料激发，这里的泵浦源，或者说激发的原理，其材料一直停留在高能级，当受到激发的时候，突然全部跳到低能级，从而发出强大的脉冲，再加上谐振腔的作用，发出高质量的光。

2.4 原子内层电子被激发，越迁回原位发光

这种原理发出的光，叫做X光。激发方法有很多，常见的是用一束电子流去轰击原子。

2.5 原子核被激发到高能级，越迁回低能级

这种原理发出的光一般叫做伽玛射线。原子核被激发的原因有很多，自然界的核聚变、裂变、衰变。人工使用粒子轰击原子核，都会造成激发，从而发出伽玛射线。另外，这种过程也有可能激发内层电子，或者间接激发外层电子。

2.6 各种微观高能粒子反应发光

例如，正负电子湮灭，某种粒子寿命到了消失等过程，发出的电磁波。这种现象在大气层内比较少见，而物理学实验中会做到。

3 电磁辐射产生的危害

电磁波向空中发射或泄漏的现象叫电磁辐射，过量的电磁辐射会造成电磁污染。移动通信基站作为常见的信号发射设备，更是目前电磁辐射的主要来源之一。

高强度的电磁辐射以热效应和非热效应两种方式作用于人体，可导致机体发生机能障碍和功能紊乱。电磁辐射对公众健康的危害主要是健康效应。健康效应又分为躯体效应和种群效应。种群效应不是短时间可以观察到的，也许使人类变得更加聪明，也许使人类的发展受到影响。躯体效应又分为热效应和非热效应。热效应的机理，人类已了解得比较清楚，人体接受电磁辐射后，而使机体升温。如果吸收的辐射能很多，靠人体的温度调节功能来不及把吸收的热量散发出去，则会引起体温升高，进而引发各种症状。对于非热效应的机理，人类目前了解得还不十分充分，但确实存在这种效应：即吸收的辐射能还不足以引起体温升高，但会出现生物学变化，导致神经衰弱。据资料报到，电磁辐射也会引起癌症。

4 结束语

电磁辐射强度与发射功率成正比，而与距离的平方成反比。移动通信基站由于功率小，离人体距离远，所带来的辐射强度较小，因此对人体而言，大多数的基站是安全的。但另一方面，尽管理论证明基站所产生的电磁辐射对人体是安全的，但随着社会科技的进步及人类生活水平的提高，电磁辐射已经逐步成为广大人民群众关注的焦点，而且每一个移动通信基站由于建设方位、设备安装调试等各种复杂原因，也可能出现辐射强度各不相同，因此，最终鉴定其是否对人体产生有害辐射还将通过国家环保部门认证的专业监测和环境影响评价机构，根据实际测验的数据，经过专业人员综合分析评估而定。