一、聲波
1. 定義:物體振動時激勵着它周圍的空氣質點振動,由於空氣具有可壓縮性,在質點的相互作用下,振動物體四周的空氣就交替地產生壓縮與膨脹,並且逐漸向外傳播,從而形成聲波。聲波傳播方式不是物質的移動,而是能量的傳播。也就是說質點並不隨聲波向前擴散,而僅在其原來的平衡位置附近振動,靠質點之間的相互作用影響到鄰近的質點振動,因此,振動得以向四周傳播,形成波動。
質點振動方向平行於傳播方向的波,稱為縱波。質點振動方向垂直於波傳播方向的波,稱為橫波。聲波在空氣中傳播時只能發生壓縮與膨脹,空氣質點的振動方向與聲波的傳播方向是一致的,所以空氣中的聲波是縱波。聲波在液體中傳播一般也為縱波,但在固體中傳播則既有縱波又有橫波。
相應於振動,聲波也分為周期性聲波和非周期性聲波,最簡單的周期聲波是單頻的聲波,也稱為純音。它是由簡諧振動產生的頻率固定、並按正弦變化的聲波。與單頻音相對應的是復合聲,復合聲(也稱為復聲)是由一些頻率不同的單頻音組成,由傅立葉變換可知,可將任何復聲分解成一系列單頻音。
2. 聲波分類
低於20Hz的聲波稱為次聲波/超低聲,20-20000Hz的聲波稱為可聞聲,20kHz-1GHz稱為超聲波;大於1GHz的稱為特超聲。
二、電磁波
1. 定義:電磁波是由同向且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發射的震盪粒子波,是以波動的形式傳播的電磁場,具有波粒二象性。由同向振盪且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動,其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面。電磁波在真空中速率固定,速度為光速。見麥克斯韋方程組。電磁波伴隨的電場方向,磁場方向,傳播方向三者互相垂直,因此電磁波是橫波。
三、聲波與電磁波的區別
1. 產生機理
聲波是機械波,產生機理是機械振動;電磁波的生成機理:由電子的周期性運動產生(如無線電波),由原子的最外層電子受激發后產生(如紅外線、可見光、紫外線),由原子的內層電子受激發后產生(倫琴射線),有原子核受激發后產生(射線)。(聲音是機械波,光是電磁波)
2.介質對傳播速度的影響
聲波/機械波的傳播速度由介質決定,與頻率無關,即同種介質不同頻率的機械波傳播速度相同,如聲波在空氣中傳播速度為340m/s,由於機械波傳播的是振動形式,通過振動形式傳遞能量,其本身不是物質,所以聲波不能在真空中傳播;而電磁波是電磁場在空間的傳播,本身就是物質,所以電磁波可在真空中傳播。
電磁波在真空中傳播速度相同,均為3*10^8m/s,同種介質中不同頻率的的電磁波傳播速度不太,且波長與速度成正比,波長*頻率=光速。
3.波的形態
聲波是一種縱波,即振動方向與傳遞方向平行,而電磁波是一種橫波,振動方向與傳遞方向垂直。