实验分析技术--电磁辐射的基本性质
1.电磁辐射的波动性
电磁辐射的传播，具有波动性（称为电磁波）和粒子性（称为光子）。根据麦克斯韦（Maxwell）的理论，电磁波是在空间传播的交变电场和磁场，如图1-1所示。其波动性质可以用速度（光速c）、频率（波长）和强距离x度等参数来加以描述。不同的电磁波具有不同的频率（ν）或波长（λ），它们之间的关系在真空中可用下式表述:
图1 电磁波的电场矢量E和磁场矢量
（1）周期T相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所需要的时间间隔，单位为秒（s）
（2）频率（frequency）ν（f）单位时间内通过传播方向某一点的波峰或波谷的数目，即单位时间内电磁辐射振动的次数。
ν＝N/t
式中，N是电磁辐射振动周数；t是时间。
频率的单位为赫兹（Hz）、千赫兹（kHz）、兆赫兹（MHz）等，其符号及相应的SI单位第的倍数如下:
单位符号 | SI单位的倍数 |
Hz：s-1 | 1 |
kHz：ms-1 | 103 |
MHz：μs-1 | 106 |
GHz：ns-1 | 109 |
THz：ps-1 | 1012 |
PHz：fs-1 | 1015 |
（3）波长（wavelength）λ 在周期波传播方向上相邻两波同相位点间的距离。为了方便起见，通常在波形的极大值或极小值处进行测量（图2）。
单位:米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）、微米（μm）、纳米（nm）、皮米（pm）、埃（Å）。单位换算：
1m＝102cm＝103mm＝106μm＝109nm＝1012pm＝1010Å。
图2 测量波长示意图
（4）波数（wave number）ṽ或σ每厘米中所含波长的数目，即等于波长的倒数:ṽ＝1/λ或σ＝1/λ。单位:常用K（kayser）来表示，即cm-1（每厘米）。若波长以μm为单位，波数与波长的换算为:
8351990.gif "CodeCogsEqn (3).gif")
（5）传播速度（v） 电磁辐射的传播速度V等于频率ν乘以波长λ：
v＝λν
电磁波通过不同介质时，频率不变而波长要发生改变。光波在真空中的传播速度与频率无关，速度以c表示，并达到最大值为2.99792458×1010cm/s，通常取三位有效数字，可以表示为:c＝λv＝3.00×108m/s＝3.00×1010cm/s
电磁波在空气中的传播速度与真空传播速度略有差别，所以同一波长在真空谱线表与空气谱线表中略有区别。然而此相差不大，因此通常也用这一公式来表述频率与波长在空气中的关系。
2.电磁辐射的微粒性
电磁辐射具有不同的能量，它与物质之间的能量交换，物质对电磁辐射的吸收或发射现象的依据是其粒子性——光子，可以看作能量不连续的量子化粒子流，即光子的作用。
（1）光子的能量光子的能量正比于电磁辐射的频率v这种电磁辐射的能量变化，与频率或波长的关系可用下式表述:
4293051.gif "CodeCogsEqn (4).gif")
式中，E为电磁辐射的量子化能量（eV）；h为普朗克（Planck）常数（6.623×10-34Js);c为光速；λ为波长（nm）
电磁辐射与物质之间的能量交换，光电子换能器对辐射强度的测定均与光的粒子性相关。光谱仪器正是利用光电池、光电倍增管或各种固体检测器与光子的能量交换来测定光的强度。
（2）能量单位的换算 见表1。
表1 能量单位换算表
项目 | J | eV | erg① | cal② |
1焦(J) 1电子伏特(eV) 1尔格(erg)① 1卡(cal)① | 1 1.602×10-19 10-7 4.184 | 6.241×1018 1 6.241×1011 2.612×1019 | 107 1.602×10-12 1 4.184×107 | 0.2390 3.829×10-20 2.390×10-8 1 |
①erg、cal为非需用单位，为便于与早期文献资料核对，暂加以保留。
