我们知道无线电波是什么样吗？

在微积分课上，我们正在学习sin / cos / tan / cot / sec / csc及其幅度，周期和相移。我已经学习了大约一年的电子产品。我想知道我们是否真的知道波是什么样的？它们实际上看起来像数学教科书中的正弦和余弦吗？还是那些波动函数只是我们看不见的事物的表示，只能分析其作用。因此，我们不知道它们的外观。

请解释

谢谢

暂时忘记量子的东西。如果您想了解量子电动力学，请阅读Richard Feynman撰写的QED。（无论如何，您都应该阅读它；它可能是唯一一本非常好的流行物理学书。）

传统上，电磁场是作用于电荷的力场。它不像机械推拉那样“看起来”像什么。EM力可以作用的一件事是分子。它们可以改变分子的形状，或者（在高频下）破坏化学键。这就是您的看法-光会刺激视网膜细胞内的化学反应，从而启动一系列化学反应，最终导致大脑活动。

当我们说无线电波可以描述为正弦波时，我们所谈论的是该波的振幅（即力的强度）如何随时间和空间变化。正因波往往会由于Dave提到的原因而突然出现-它们是二阶微分方程的简单解决方案，您可以使用傅立叶分析以正弦曲线形式描述其他信号。出于相同的原因，正弦波也用于谈论声音。

大多数无线电波不是纯正弦波，而是许多基于正弦波的波形。例如，AM无线电波的振幅是正弦波，其振幅缓慢变化。FM无线电波的振幅是正弦波，其频率变化缓慢。这是一个插图，由Wikimedia Commons上的Berserkerus提供：

请注意，此图像中的示例信号也是正弦波。那不是偶然 正弦波可以很好地用作简单的测试信号。电力线的辐射也将非常接近纯正弦波。

如果要可视化无线电波，请想象在海滩附近的水下。看不见水流，但是当水流来回推动您时，您仍然会感觉到水在移动。这就是无线电波对天线中电子的作用。

无线电波不像以光速移动的正弦形不可见弦。

无线电波由电场和磁场组成。可以认为这是空间的一种特性。例如，香蕉的“颜色”属性为“黄色”。此处，该最小空间的特性“电场”为10 V / m。但是那边是20 v / m。

纯固定频率的无线电波是沿波的空间的“电场”和“磁场”特性的正弦变化。在时间和空间上。

例如，如果您在时间t = 1秒时对情况进行快照，并想象您拥有一个神奇的仪器，该仪器能够测量相对于到变送器的距离的“属性”。

现在，如果您在xy图中绘制电场的测量值，其中x是到变送器的距离，y是您在仪器上读取的值，那么您会看到一个正弦，例如在教科书上看到的正弦。这只是意味着，这里E = 0，但那里的10m是10 V / m，在20m处又是0，在30m处是-10 V / m...。

这是故意过分简化的，但是我认为这里的目的是给出一些提示，以使您对主题有一个直观的认识。

如果您可以在任何给定时间以某种方式可视化您周围的电场和磁场，它们将是非常随机的，就像海洋表面一样，因为您将看到的是许多不同来源产生的波的叠加。

我们倾向于使用正弦曲线来分析波浪，因为它们具有一些重要的数学特性。首先，傅立叶向我们展示了任何函数（尤其是周期性函数）都可以表示为正弦波之和。其次，我们使用微分方程（演算）来描述场的基本性质，正弦曲线的积分或导数是另一个正弦曲线，这非常方便。

这是从点源传播的无线电波的合理可视化

（来源）

请记住，它是简化的。

实际的波在经过一定距离时不会消失，但其幅度会随距离而减小。

此外，这种可视化效果使每个波看起来都像是一个薄壳，但是您必须想象该表面代表一个峰，并且两个“壳”之间的中间点是一个谷。

我一直非常喜欢Feynman（物理讲座，第2卷）中的这句话，它表达了奇怪而神秘的EM波：

但是Max Born对于EM领域还有另一件事要说，它确实回答了您的问题，我认为：

这是从第。这本书很酷156。https://ia600409.us.archive.org/4/items/einsteinstheoryo00born/einsteinstheoryo00born.pdf）

在下一页上，博恩（Born）绘制了来自偶极子的EM波：

这是一个非常非技术性的，可能不是物理上确切的答案，但是可以帮助一个不那么了解此事的人更好地理解它（又名：像我五岁一样解释它）

我前段时间看过这张有趣的照片，它讲述了WIFI如何在整个房屋中传播：

它也可以作为gif来使用，但是不知何故我无法在此处插入它：Wifi传播到整个房间的动画

Wifi是微小的无线电波（微波）。就像声波一样，您不应想像那些海浪上下波动的波浪，而应该是真正浓密的空气，然后是稀薄的空气，更像是脉冲波，而不是海浪。当然，在辐射/电磁波的情况下，不是空气变得稠密，而是电磁场是“密集的”或“密度较小的”。

因此，窦函数只是勾勒出介质的密度。在声波是空气的情况下，该介质是无线电波的电磁场。尽管此最后声明在物理上可能不是100％准确的。

因此，归根结底，窦功能只是勾勒出磁场的强度，或者说它具有什么样的电荷。测量房间中的一个点，然后我们将绘制一段时间内的电荷：我们将绘制正电荷，然后将线向下绘制负电荷。

因此，回答您的问题：sin / cos函数等是从一个角度分析这些无线电波（例如，房间中的一个点，我们在y轴上绘制电荷，在x轴上绘制时间）。但这不像是正弦波在房间中传播，因为房间是3维的，实际的波更好地描述为“密集”区域和较不密集的区域，这些区域会脉动。

波浪传播的空间不是二维表面，它可以像海洋一样​​产生波浪，但它是3维的。因此，与其说是海洋表面，不如说是有节奏地从一个地点发生了几起爆炸。就像这个答案中的动画一样，它们像球体一样在空间中传播，而在该球体内是另一个以相同速率扩展的球体，依此类推。

打开动画，然后将光标放在该房间的一个点上。在光标所在的位置描述颜色变化的最佳方法是什么？Sin函数，对吗？

希望有帮助！

是的，我们知道它们的外观。它们是不可见的。

无线电波是E和B场中的自传播干扰。由于我们看不到E和B场，因此无线电波是不可见的。

如果您想稍微弯曲“无线电”一词，那么您可以说人眼可以看到大约一个八度的窄波长（大约350-700 nm），因为那是可见光的波长。光和无线电波是相同的东西，只是波长不同。我们通常使用术语“无线电波”来指比可见光更长的波长。

如果您问的是E和B场的干扰的“形状”是什么，那么答案就是它们是正弦曲线。这并不意味着在教科书插图中会发现一条不错的正弦线上下波动。但是，E和B场的大小在距离和时间上确实遵循正弦形状。

无线电波是看不见的，尽管我们对它们的理解非常先进，并且您不应该将它们视为神秘的。请注意，根据眼睛的能量水平，光子可以被眼睛检测到，但这与说我们可以看到它们不同。光子是将视觉信息传递到我们眼睛的粒子。为了看到物体，大量光子必须从该物体传播到观察者的眼睛，然后聚焦到视网膜上。根据该定义，即使眼睛检测到光子，光子也是不可见的。我之所以仅提及光子，是因为我知道有人会提出，如果不这样做。

有多种方法可视化RF波，如何吸收或反射RF波以及它们如何相互干扰等等。这些可以极大地帮助理解它们，但这并不能改变波浪本身是不可见的事实。

您正在这里进入量子力学领域...

什么是波浪？什么是粒子？有什么区别？他们是一样的吗？

不过，为了稍微简化一下，并将其应用于电子设备，最好考虑一下电线中的交流电压。

电线是由原子制成的。原子有电子。电子被电压四处移动以形成电流。

当电压为正时，它们将向另一方向移动；当电压为负时，它们将向另一方向移动。“波”是电子的运动。为了进一步简化，可以想象只有一个电子。您输入一个正弦交流电压，单个电子将以正弦模式向前和向后移动。因此，这种情况下的“波”是电子的位置随时间而变化。

现在，当我们进入无线电波时，我们将拥有完全不同的球类游戏。我们更多地涉及量子力学，领域等。

简而言之，不，您不能“看到”波浪。如果您愿意，波浪是一种能量特征。以轻便为例。是波浪还是粒子？好吧，可以认为两者兼而有之。作为光子，它是与眼睛视网膜相互作用以使您看到事物的物理对象。作为波浪，它可以弯曲甚至分裂（请参阅“ 双缝实验”）成另外两个波浪并重新组合。

从粒子的角度来看，频率可以认为是粒子振动的速度。

另一个值得一看的是声音。那是波浪，但是是另一种。更类似于交流电-空气中的原子及时地向前和向后移动到激励（扬声器），您可以使用麦克风“看到”该激励。可以看出，所有这些都是由不同组合的正弦波组成的。

因此，要回答您的问题：请问史蒂芬·霍金（Steven Hawking）:)，然后前往物理论坛。

这里有很多好的答案，还有更多评论：

无线电波由麦克斯韦方程组控制，该方程描述了空间和时间在每个点上的电场和磁场。无线电波频谱不会与我们的感官频谱重叠（与可见光或红外光不同），因此我们无法看到电波，只能通过某种测量来观察它们。（即使有可见光，我们也不直接观察波，而是通过波对我们的“传感器”的影响。）

电场和磁场是空间中每个点的时变矢量，因此即使我们看到它们，它们也将是复杂的野兽。我们可以使用天线，场探头等测量场的各个方面。

实际字段代表所有来源（“噪声”，其他已知信号，我们感兴趣的信号等）的综合影响 $\sin$/$\cos$波浪。守恒定律意味着这些场本质上是重复的，在许多情况下可以视为周期性的。涉及信号$\sin$/$\cos$ 通常是底层微分方程的解，并且用作寻找更复杂场景的解的“构建块”。

您正在学习的sin / cos等函数是二维的。无线电波是三维的，因此正弦波无法传达很多物理事实。数学可以描述三维波，但是它需要向量微积分（麦克斯韦方程），比您现在的数学知识要先进得多。

对于人类感知中不可见的事物，您始终使用“看起来像”一词。

问题是：我可以使用多少仪器向您展示这些波动？

因为它们的本质确实是电场和磁场的激发传播区域以及远场区域在自由空间中的传播性质...

• 它们实际上是横波（也就是说，两个场都指向垂直于传播方向），
• 它们确实具有同相且彼此垂直的电气和磁性组件。
• 它们实际上是平面波，这意味着通常的线性表示看起来像 $E(x,t) = \sin(kx - \omega t)$ 应该 $E(\vec{x},t) = \sin (\vec{k}\cdot\vec{x} - \omega t)$。

他们的图片代表了现实，但是没有工具就看不到它们。

问候Olli以获得最佳答案。当然，可以想象“无线电波的样子”，或者更确切地说，尽管我们看不到它们，但是在空间中传播的电场（和/或磁场）干扰的形状是什么？但是您需要对它们有一点了解，并且要有丰富的想象力。

忘记量子，忘记光子。这不是大多数人都能以感知的方式“想象”的物理水平。上面提到光子的所有人员只是不了解您的问题或不知道答案，而逃避了答案，这超出了人们今天的范围。这就像我们谈论原子的确切形状一样。一个原子的形状是什么？单个质子的形状是什么？人们不知道它是什么，而且很可能不是像学校图片上的圆形小球。可以说，只要我们不知道原子的确切形状，就不会理解经典电磁波与量子物理学所处理的基本粒子（即光子）之间的相关性。

因此，让我们坚持经典物理学及其对称为电磁辐射的现象的理解。这肯定是“可容忍的”，发生在我们的规模上（普通无线电波的长度从1cm起），并且几十年来一直可以精确测量。

但是，令人惊讶的是，想象电磁波是首先“解密”并想象声波传播的好主意。它们相当容易理解。将单个声波（单个脉冲）想象成自然（正常）空气环境中的压缩空气的圆形球形气泡，并且在其中心还存在“正常”空气。球形气泡中只有一层压缩空气。该层的开始不是那么急剧，也不是那么急剧地结束。气压值之间的过渡很平缓（就像波浪：）。该层厚约34厘米（用于1kHz的波），但正如我所说，它平滑地面对周围的环境，并且平滑地终结（在内侧）。直径为1米。现在，这个泡沫正在向各个方向扩展。它' 只是越来越大，但是层的厚度并没有改变-一直是34厘米。只是其直径在各个方向上都在增长。它的振幅（气压差）逐渐减弱，最终停止存在，消失。但这只是一个“层”，一个声波脉冲。现在想象同一气泡在增长，但是在那之后（距这个深度深34cm），它似乎又出现了一个，接着是一个球形地生长，另一个又是另一个，所以我们使它们的整体齐头并进，移动连续的空气压力从各个方向干扰整个空间。

现在让我们谈谈无线电波。它们的形状和传播实际上具有相同的性质。它们是球形气泡（弯曲的层），从它们的源头开始在一个空间中扩散。与声波最重要的区别在于无线电波实际上是什么（它们携带什么现象）。正如我们所说，声波会带来一系列的气压增量。它们的振幅是峰值和谷值中的气压值之差。而已。电磁波携带电场增量。它的一个“层”（或脉冲）具有放大的电场强度。在这些脉冲之间，电场值等于零。因此，当它们在整个空间中传播时，电场仅在最大值和零之间交替。最大值-零-最大值-零-最大值-零-依此类推。

此外，值得补充的是，电场是矢量。这意味着它有其方向。在这种情况下，电场的方向始终垂直于波的传播（行进）方向。因此，将单个无线电波想象为电场的球形气泡，实际上该电场的作用是沿气泡表面定向的。换句话说，电场线是弯曲的，平行于气泡的弯曲表面并且垂直于其半径。让我们只考虑一个水平传播的假设无线电波。现在我们可以假设电场方向是垂直的。现在事情来了-电场方向在脉冲之间交替。对于我们的水平波-第一个周期中的场垂直向上，在下一个周期中场向下。因此，在一个气泡中它被引导向上，在下一气泡中它被引导向下。气泡之间的位置仍为零，并且每个气泡的场都与相邻气泡的场相反。我们可以简述如下：最大-零-最小-零-最大-零-最小-零。波的振幅是电场强度的最大值和最小值（或可以说是负值）之间的差。记住所有中间值，我们现在知道为什么它们将其绘制为正弦波，并且水平轴位于中心（场的强度等于零）。无论磁场方向是向上还是向下-它仍然垂直于波的传播，是吗？这就是在随后的波脉冲之间（或在一个接一个地增长的空间气泡之间）的空间中准确建立电场的方式。

但是还有另一个因素似乎使事情变得非常复杂-磁场。实际上，这并不难理解。磁场活动所覆盖的区域与电场相同。它们是相互关联的。在电场为零的点（实际上是空间球）中，磁场也为零。在电场强度达到峰值的球中，磁场强度也达到峰值。在电场有波谷的球体中，磁场有波谷。正如您所猜测的，磁场也是矢量，因为它的作用线是有方向的。基本区别在于磁场方向既垂直于波的传播又垂直于电场方向。正如我们所想象的那样，假设的水平无线电波的垂直方向上具有电峰，而垂直方向上则具有电槽，磁场线的方向将沿着我们的视线。然后将磁峰引向我们，将磁谷引向我们。如果我们考虑的范围更广，那么磁力线也必须沿着曲线-沿着球的表面。

我不知道从我所说的内容可以理解多少：）但是主要思想是这些是放大的电场和磁场气泡，它们每隔一秒钟就会交替改变其方向，并且这些气泡会非常迅速地增长。当它们通过增加电场强度和磁场强度而减弱（幅度减小）而穿越太空时，它们会失去能量，经过一定距离后它们最终将完全消失（与声波相同）。

实际上，由于反射，干涉，衍射和折射等因素，所有这些波（声波和电磁波）的形状和布局要复杂得多。气泡从地面，建筑物，树木，汽车，墙壁，家具等各种物体反射回来。反射的气泡撞击直接的气泡，并影响彼此的形状和精确传播，因此，从感知的角度来看，所产生的波拓扑通常非常复杂且不可预测。

要完成与声波的基本物理差异，我们显然知道：-它们不需要任何介质，它们是自传播的并且可以在真空和多种材料中传播。-它们的波长可以相差很大，但是对于Wi-Fi来说，波长大约为9-15厘米，因此与我们讨论的声音波长非常接近；-它们的频率极高（例如，FM广播为100 MHz或Wi-Fi为2.4 GHz）；-他们的行进速度也极快（光速）；

波浪的形状是球形的，看起来不像教科书中所见。您在教科书中看到的只是整个浪潮的一小部分。这就是您所需要的，因为其他切片具有与您使用的切片相同的信息。