(伽馬線 ray) vs (x-ray 放射線):不同:''電磁波效應'' - a371010c - Xuite 備份站)
無線電波 | 微波 | 紅外線 | 可見光 | 紫外線 | X-ray| 伽馬射線 (γ-ray) 頻率低<----------------------------------------------------------->頻率高 放射線的種類大致可分 1.高能量的帶電粒子（阿伐射線、貝他射線、重離子射線） 2.高能量的電磁波（Ｘ射線、加馬射線） 3.不帶電的粒子（中子）等。依放射線種類的性質不同，對生物體的效應也不等，此差異性叫做相對生物效應（relative biological effectiveness: RBE），以加馬射線最小。 狹義： 高能量的游離輻射（通稱放射線）如X射線、α（阿伐）射線、β（貝它）射線、γ（枷馬）射線等，此即所謂之放射。 X-ray 或 珈瑪射線(γ-ray)都是屬於游離輻射，所謂游離輻射是使物質直接或間接產生游離的高能電磁輻射或粒子輻射。 電磁波的能量與頻率成正比，與波長成反比，也就是頻率越大，能量越高，游離輻射與非游離輻射的頻率的分界點是3.0*10^15次方，超過這個頻率就會對人體造成危害。 E = hμ μ = 頻率 故頻率越高 能量越高 E = hc/λ λ = 波長 故波長越短 能量越高 γ（枷馬）射線: 波長短於 0.2納米的電磁波。它首先由P.維拉爾發現的。當時已發現有些元素發射α﹑β兩種射線﹐即稱此第三種射線為γ射線。 γ射線是由核內能級發生躍遷時而發射的。核內能級間距大﹐故發射γ光子能量大﹐一般大於10MeV。在核反應或其他粒子反應中也會發射γ光子。此時γ光子能量往往更大。 對於長波的γ射線﹐可以利用晶體衍射法測定其波長。對高能光子﹐由於其波長遠小於點陣間距﹐更好的方法是測量γ光子的能量以確定其波長。這時可以利用γ光子的光電效應﹐通過光電子的能量來測定γ光子的能量。當γ光子能量大於1.02MeV時﹐也可用γ射線產生的電子偶的能量來反推出γ光子能量。γ射線強度的測定可以採取與X 射線類似的方法。 γ射線在醫療上可用以治療腫瘤﹐在工業上可對零件進行探傷。 X-ray: X射線於1895年為 倫琴﹐W.K.發現﹐開始不知其本質﹐故稱為 X射線。現已知X射線為波長大約為10～10的電磁輻射﹐X射線的長波端與紫外線譜的短波端重疊﹐短波端與γ射線譜重疊。 X射線有強穿透力﹐波長愈短﹐穿透力愈強。故稱長波的X射線為軟X射線﹐短波的X射線為硬X 射線。X射線能引起熒光和照相乳膠感光。在醫療中廣泛應用 X射線作人體的透視﹐在工業中用作零件探傷。另一方面﹐大劑量X射線長時間對人體的照射則是有害的。 X 射線通常是由高速電子在真空中撞擊靶而獲得的。在這種過程中電子突然減速﹐其一部分動能即轉變為光子能量。這種輻射叫軔致輻射。所得X射線譜為連續X射線譜。此連續譜在短波端有一極限﹐因為X光子的能量最大只能等於入射電子能量。設加速電子的電壓為﹐則電子能量為V。令代表X射線最大頻率﹐則應有h＝V。現在建成許多高能電子加速器﹐因此由軔致輻射所得X射線波長可以極短。
電磁波 （又稱 電磁輻射 ）是由同相 振盪 且互相垂直的 電場 與 磁場 在空間中以 波 的形式傳遞 能量 和 動量 ，其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面。電磁輻射的載體為 光子 ，不需要依靠 介質 傳播，在 真空 中的傳播速度為 光速 。電磁輻射可按照頻率分類，從低頻率到高頻率，包括有 無線電波 、 微波 、 紅外線 、 可見光 、 紫外線 、 X射線 和 伽馬射線 等等。人眼可接收到的電磁輻射， 波長 大約在380至780 奈米 之間，稱為 可見光 。只要是本身溫度大於 絕對零度 的物體，都可以發射電磁輻射，而世界上並不存在溫度等於或低於絕對零度的物體。因此，人們周邊所有的物體時刻都在進行電磁輻射。儘管如此，只有處於 可見光 頻域以內的電磁波，才可以被人們肉眼看到。
電磁波首先由 詹姆斯·馬克士威 於1865年預測出來，而後由 德國 物理學家 海因里希·赫茲 於1887年至1888年間在實驗中證實存在。馬克士威推導出 電磁波方程式 ，一種 波動方程式 ，這清楚地顯示出電場和磁場的波動本質。因為電磁波方程式預測的電磁波速度與 光速 的測量值相等，馬克士威推論 光波 也是電磁波 [1] 。
電動力學 專門研究電磁波的物理行為，是 電磁學 的分支。在電動力學裡，根據 馬克士威方程組 ，隨著時間變化的電場產生了磁場，反之亦然。因此，一個振盪中的電場會產生振盪的磁場，而一個振盪中的磁場又會產生振盪的電場，這樣子，這些連續不斷同相振盪的電場和磁場共同地形成了電磁波。
電場，磁場都遵守 疊加原理 。因為電場和磁場都是 向量場 ，所有的電場向量和磁場向量都適合做 向量加 運算。例如，一個 行進電磁波 ，入射於一個介質，會引起介質內的電子振盪，因而使得它們自己也發射電磁波。這會與入射波發生 干涉 ，因而造成 折射 或 繞射 等等現象。
在非線性介質內（例如，某些 晶體 ），電磁波會與 電場 或 磁場 產生交互作用，這包括 法拉第效應 [2] [3] 和 克爾效應 [4] 。
當電磁波從一種介質入射於另一種介質時，假若兩種介質的 折射率 不相等，則會產生 折射 現象，電磁波的方向和速度會改變。 斯涅爾定律 專門描述折射的物理行為。
假設，由很多不同 頻率 的電磁波組成的光波，從空氣入射於 稜鏡 。而因為菱鏡內的材料的折射率跟電磁波的頻率有關，會產生 色散 現象：光波會色散成一組可觀察到的 電磁波譜 。
量子電動力學 是描述電磁輻射與物質之間的交互作用的 量子理論 。電磁波不但會展示出波動性質，電磁波也會展示出 粒子 性質（參閱 波粒二象性 ）。這些性質已經在很多物理實驗中證實。當用比較大的時間尺度和距離尺度來測量電磁輻射時，波動性質會比較顯著；而用比較小的時間尺度和距離尺度，則粒子性質比較顯著。
有時候，波動性質和粒子性質會出現於同一個實驗，例如，在 雙縫實驗 裏，當單獨光子被發射於兩條細縫時，單獨光子會穿過這兩條細縫，自己與自己干涉，就好像波動運動一樣。可是，它只會被 光電倍增管 偵測到一次。當單獨光子被發射於 邁克生干涉儀 或其它種 干涉儀 （ interferometer ）時，也會觀測到類似的自我干涉現象。
描述光波的一個很重要的物理參數是 頻率 。一個波的頻率是它的振盪率， 國際單位制 單位是 赫茲 。每秒鐘振盪一次的頻率是一赫茲。
波是由很多前後相繼的 波峰 和 波谷 所組成，兩個相鄰的波峰或波谷之間的距離稱為 波長 。電磁波的波長有很多不同的尺寸，從非常長的無線電波（有一個足球場那麼長）到非常短的伽馬射線（比原子半徑還短）。
頻率與波長成反比：
其中，
當波從一個介質透射至另一個介質時，波速會改變，但是頻率不變。
干涉 是兩個或兩個以上的波，疊加形成新的波樣式。假若幾個電磁波的電場同方向，磁場也同方向，則這干涉是建設性干涉；反之，則是摧毀性干涉。
電磁波的能量，又稱為 輻射能 。這能量，一半儲存於電場，另一半儲存於磁場。用方程式表達 [5] ：
其中， 是單位體積的能量， 是電場數值大小， 是磁場數值大小， 是 電常數 ， 是 磁常數 。
電磁輻射擁有像粒子的性質。電磁輻射是由離散能量的 波包 形成的，這波包又稱為 量子 ，或 光子 。光子的能量與電磁輻射的頻率成正比。由於光子可以被帶電粒子吸收或發射，光子承擔了一個重要的角色：能量的傳輸者。根據 普朗克關係式 ，光子的能量是
其中， 是能量， 是 普朗克常數 ， 是頻率。
這光子能量方程式乃是更廣義的電磁振子一個特別案例。在低溫狀況，電磁振子的平均能量與 能量均分定理 的預測相差很大。這顯示出，由於量子效應，能量均分在低溫狀況是不正確的 [6] 。
當一個光子被原子吸收的同時，也會激發它的束縛電子，將電子的能級升高。假若光子給出的能量足夠大，電子可能會逃離原子核的束縛吸引，成為 自由電子 。這程序稱為 光離化 （ photoionization ）。逆反過來，一個 躍遷 至較低能級的電子，會發射一個能量等於能級差額的光子。由於原子內的電子能級是離散的，每一種原子只能發射和吸收它的特徵頻率的光子 [7] 。
綜合在一起，這些效應解釋了光波的 吸收光譜 。在介質內的原子，因為吸收不同頻率的光波，造成了光譜的 暗線 。光波所通過的介質的組成成分，決定了吸收光譜的表徵。舉例而言，一個遙遠的 恆星 的光譜，其暗線與恆星的大氣塵的原子組合有關．這些暗線對應於原子的容許能級。類似的現象也會發生於光波的發射．當電子從高能級 量子態 躍遷至低能級量子態的同時，光波也會被發射出來，其能量等於兩個能級的差值。這現象顯現於 星雲 的發射光譜。今天，科學家用這現象來觀測 恆星 的內部結構．這現象的 紅移 被用來計算恆星離地球的距離。
呈加速運動的電荷或隨著時間而變化的電磁場，會產生電磁輻射。在自由空間裏，電磁輻射以光速傳播。準確的計算其物理行為必須引用 推遲時間 的概念。這會增加電場和磁場的表達式的複雜程度（參閱 傑斐緬柯方程式 ）。這些多加的項目詳細地描述電磁輻射的物理行為。當任意一根導線（或別種導電體，像 天線 ）傳導 交流電 的時候，同頻率的電磁輻射也會被發射出來 [8] 。
在量子層次面，當 帶電粒子 的 波包 振盪或加速時，會產生電磁輻射帶電粒子的 量子態 可以用幾個 本徵量子態 的含時形式的 疊加 來表達（請參閱 雙態系統 ）。當系統處於穩定狀態時，由於含時形式會被其複共軛刪除，帶電粒子處於每一個本徵量子態的 機率 是常數。但是，當系統被 微擾 時（例如， 外電場 被開啟），機率變為跟時間有關。帶電粒子處於某本徵量子態的機率會隨時間而變化。這樣，帶電粒子會從某個本徵量子態 躍遷 至另外一個本徵量子態，因而產生電磁輻射 [7] 。
依狀況的不同，電磁輻射的物理行為，可能像波動，又可能像粒子。從波動角度，電磁輻射的主要物理特徵是速度、波長、頻率。從粒子角度，電磁輻射是由一群稱為光子的粒子組成。每一個光子的能量 與波動的頻率 的關係則是由 普朗克關係式 給出：
其中， 是 普朗克常數 。
不論是粒子還是波動，電磁輻射必然遵守一條定則：不管觀察者的速度有多快或多慢，相對於觀察者，電磁波永遠以 光速 傳播於真空。這明智的洞察引導 愛因斯坦 發展出 狹義相對論 ，成為狹義相對論的第二條基本原理。
在其它不同於真空的介質內，電磁波傳播的速度會小於光速。一個介質的 折射率 是光速 與電磁波傳播於介質的速度 的比例：
物質 的基本結構，是由一群 帶電粒子 ，以各種不同的方式結合組成。當電磁波入射於物質時，會造成物質的帶電粒子的振盪和能量增加。這些能量最終的命運依狀況而定。它們很可能會立刻被重新輻射，成為反射輻射或透射輻射。它們也很可能會消散成為物質內的其它微觀運動，達成熱平衡後，再轉以 熱能 的形式出現。除了少數像 熒光 、 非線性光學效應 （ nonlinear optical effect ）、 光化學反應 （ photochemical reaction ） 和 光生伏打效應 （ photovoltaic effect ）等等例子以外，被吸收的電磁波大多會直接地存入其能量，因而將物質加熱。對於紅外輻射和非紅外輻射，都會發生這樣的物理行為。強烈的無線電波能夠熱灼傷活生生的細胞組織，也能夠煮熟食物。紅外線 雷射 ，足夠強烈的可見光雷射和紫外線雷射，都可以很容易地點燃紙張。離子化電磁波可以使得物質內的電子擁有高動能，因而破壞其 化學鍵 。但是在電子與其它原子碰撞多次後，最終大部分的能量會轉換為熱能。這整個程序只需短短的幾分之一秒。很多人士都認為，紅外線波是熱的一種形式，而其它電磁波不是．這是一個錯誤的物理概念。任何被吸收的電磁波都可以使物質加熱。
吸收輻射的逆反程序是熱輻射。在物質內部大部分的熱能都歸功於帶電粒子的隨機運動。這能量可以從物質內被輻射出。形成的輻射可能後來又被另外一個物質吸收。存入的能量會使物質加熱。熱輻射是 熱傳輸 的一個很重要的機制。
在一個不透明的空腔內，在熱平衡狀況，電磁波可以等效地視為熱能的一種形式，擁有最大的輻射 熵 。就像物質一樣，電磁波的 熱力勢 （ thermodynamic potential ）也是良好定義的。空腔內的熱輻射的能量密度（參閱 普朗克定律 ）是
其中， 是空腔中電磁場的總能量， 是空腔的體積， 是 波茲曼常數 ， 是空腔內部溫度， 是光速。
取對於溫度的導數，電磁場的有效 比熱容量 是
按照波長長短，從長波開始，電磁波可以分類為 無線電波 、 微波 、 紅外線 、 可見光 、 紫外線 、 X-射線 和 伽馬射線 等等。普通實驗使用的 光譜儀 就足以分析從2 奈米 到2500 奈米波長的電磁波。使用這種儀器，可以得知物體、氣體或甚至恆星的詳細物理性質。這是 天文物理學 的必備儀器。例如，因為 超精細分裂 （ hyperfine splitting ）， 氫原子 會發射波長為21.12公分的無線電波 [9] 。
人類眼睛可以觀測到波長大約在400 奈米 和700 奈米 之間的電磁輻射，稱為 可見光 。
每一種 電極性分子 ，會對應著某些特定頻率的微波，使得電極性分子隨著振蕩電場一起 旋轉 ，這機制稱為 電介質加熱 （ dielectric heating ）。由於這種機制（不是 熱傳導 機制），電極性分子會吸收微波的能量。 微波爐 就是應用這運作原理，通過 水分子 或 脂肪 的旋轉，更均勻地將食物加熱，減少等候時間。
馬克士威方程組 可以描述電磁波的普遍物理現象。在 自由空間 裏，源項目等於零（源 電荷 等於零，源 電流 等於零）。除了沒有任何事發生的解答以外（電場和磁場都等於零），方程式仍舊允許不簡單的解答，電場和磁場隨著時間和位置變化 [8] 。採用 國際單位制 ，處於自由空間狀況的馬克士威方程組表達為
其中， 是電場， 是磁場， 是 真空電容率 ， 是 真空磁導率 。
滿足上述條件的一個解答是 ，然而這是一個平庸解，並沒有甚麼有意思的物理意義。若想得到有意思的解答，必須稍做一些運算。取公式 （2）的旋度，
應用一個 向量恆等式 ，再將公式 （1）代入，則可得到：
應用公式 （4），公式 （5）右邊變為
將公式 （6）和 （7）代回公式 （5），可以得到電場的 波動方程式 ：
使用類似的方法，可以得到磁場的波動方程式：
這兩個方程式就是真空的 電磁波方程式 ，描述傳播於真空的電磁波。更簡易地表達，
其中， 是 達朗白算符 ， 是波動傳播的速度。
在自由空間裏， 是 光速 。馬克士威方程組連結了三個基本物理量：真空電容率 、真空磁導率 和光速 。在這導引以前，物理界並不知道，在光波，電場和磁場之間，有那麼緊密的關係。
前面已經找到了兩個方程式。但是馬克士威方程組有四個方程式，所以，隱藏在這方程式裏，還有很多重要的訊息。思考一個一般的電場向量波動解答，
其中， 是常數振幅， 是任意 二次可微函數 ， 是 波向量 ， 是 位置向量 ， 是 角頻率 。
波動方程式 的一般性解答是 。也就是說，
將電場的公式代入公式 （1）：
只要電場垂直於波向量（波動傳播的方向），這函數形式的電場必定滿足馬克士威方程組：
再將電場的公式代入公式 （2）：
所以，電場與其對應磁場的關係為：
在自由空間內，電磁波不只是有以光速傳播的性質，電磁波的電場部分和磁場部分有特定的相對