问题

我拿着一块带电的物体拼命地摇,能不能产生相应的电磁波?

回答
这问题问得挺实在!拿着一块带电的物体使劲儿摇,想把它变成个“信号发射塔”,这思路是有的,也确实能产生电磁波,但实际效果嘛,得看你怎么摇,还有这物体本身是什么样子的。

咱们先来掰扯掰扯这背后的道理。电磁波的产生,最根本的原因是电荷的加速运动。想象一下,电荷就像是水滴,而加速运动就是让这些水滴突然变速、变向,或者来回颠簸。这一下一下的“搅动”就会在周围空间里激荡起涟漪,这些涟漪就是电磁波,它们携带着能量,以光速传播出去。

所以,你手里拿着的“带电物体”,关键在于它上面有净电荷。如果是个中性的、不带电的东西,你摇它再厉害,也出不来电磁波,因为没有“源头”在动嘛。

现在来看看“拼命地摇”这个动作。这个动作本身就包含了加速运动。当你摇晃物体时,上面的带电粒子(可能是电子多了一些,或者少了电子带正电)就在做加速运动。想想看,你摇得越快,速度变化越剧烈,加速度就越大,产生的电磁波的“劲儿”也就越大。

那么,产生的电磁波是什么样的呢?

1. 频率和波长: 你摇晃的频率(每秒钟摇多少下)直接决定了电磁波的频率。摇得越快,频率越高,对应的波长就越短。反之,慢悠悠地摇,频率就低,波长就长。比如,你像钟摆一样慢悠悠地左右摆动一个带负电的球,这产生的电磁波频率会非常低,波长会非常长,可能就是低频无线电波那样级别的东西。如果你能以极高的频率,比如每秒几亿次地在那里抖动,那产生的电磁波频率就高了,可能就是微波、红外线,甚至可见光、紫外线了。

2. 强度: 电磁波的强度,或者说能量大小,跟你摇晃的“幅度”和带电荷的“量”有很大关系。
电荷量: 如果你的物体带的电荷越多,那么在加速运动时,激起的电磁波的“声势”就越大。
运动幅度: 你摇晃的幅度越大,意味着电荷在单位时间内移动的距离更长,速度变化也可能更剧烈,同样有助于产生更强的电磁波。
运动方式: 简单地前后摆动,产生的电磁波可能不如那种绕着某个轴旋转,或者来回振动的效果明显。想想看,天线为什么设计成特定形状?就是为了更有效地让电流(也就是电荷的定向移动)加速和改变方向,从而辐射出特定频率和方向的电磁波。

举个更形象的例子:

想象你在一个非常安静的湖面上扔石头。
带电的物体: 就像湖面上的一个小浮标。
带电荷: 浮标上面有一些“涟漪”(相当于电荷)。
拼命地摇: 就是你用力地搅动这个浮标。

如果你只是轻轻地、缓慢地推一下浮标,它会产生一些微小的波纹,这些波纹传播出去,就像低频的电磁波。如果你用尽全力,快速地、不规则地搅动这个浮标,让它上下左右乱晃,那产生的波纹就会更加复杂、剧烈,而且传播得更快,就像高频电磁波一样。

但是,要注意几点,让这事儿没那么简单:

效率问题: 光有带电的物体和摇晃,不代表它就是一个高效的“发射器”。你手里拿着的这个物体,它的形状、大小、以及你摇晃的方式,决定了它能多有效地把能量转化为电磁波辐射出去。很多时候,你摇晃产生的能量,大部分都可能以其他形式散失了,比如摩擦生热,或者仅仅是在物体内部形成电流。
我们能“看到”或“听到”什么? 除非你摇晃的速度和电荷量大到能产生我们能感知的电磁波(比如可见光),否则你产生的电磁波很可能是我们看不到也感觉不到的(比如无线电波)。想要用它来“通信”或者“照明”,那难度可就大了去了,需要的能量和精密的结构是远超我们想象的。
“拼命地摇”的度量: 这个“拼命”是很主观的。对于电磁波的产生来说,关键在于“加速度”和“频率”,而不是单纯的蛮力。你需要让电荷的运动速度发生足够快的变化。

总而言之, 从物理原理上讲,任何带电物体的加速运动都会产生电磁波。你使劲摇它,就是给上面的电荷施加了加速度,所以能产生电磁波。但是,具体能产生多强、什么频率的电磁波,以及这些电磁波能不能被有效地辐射出去或者被我们检测到,那就跟你的摇法、物体本身的设计、以及带电量有很大关系了。如果你只是随便拿个带静电的乒乓球使劲儿晃,那产生的电磁波非常非常微弱,几乎可以忽略不计。要产生有意义的、可探测的电磁波,就需要有组织的、高频率的电荷运动,就像我们生活中的无线电天线一样,那才叫专业“摇晃”呢!

网友意见

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可以的。只要有(等效)交变电流就会有电磁辐射。


即使您站着不动, 您也能产生电磁波。

因为您的身体里面有无数的电子在不停地摇。




核磁共振成像(Nuclear Magnetic Resonance Imaging,简称NMRI),又稱自旋成像(spin imaging),也称磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,简称MRI),臺称磁振造影,港稱磁力共振掃描,是利用核磁共振(nuclear magnetic resonance,简称NMR)原理,依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减,通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波,即可得知构成这一物体原子核的位置和种类,据此可以绘制成物体内部的结构图像。将这种技术用于人体内部结构的成像,就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用,大大加快了核磁共振成像的速度,使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实,极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。


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您的身体还能产生高达 T 赫兹的远红外电磁波。





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