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漫談——手機電磁波

2024-02-20科技

電磁波譜圖片

我們平時使用手機打電話,瀏覽手機呈現出來的內容(文字、圖片、影片、音樂等),都是利用電磁波(微波的一種,波長大約在1厘米到1米之間,頻率大約在300兆赫茲到3千兆赫茲之間)進行通訊和數據傳輸的。

電磁波運動原理示意圖

電磁波,是電磁場的波動形式,電場的變化產生磁場,磁場的變化也會形成電場,兩者的相互作用形成了電磁波。電磁波根據波長(電磁波一個完整周期的長度)和頻率(電磁波每秒鐘振動的次數)的不同,可以分為:可見光、無線電波、微波、紅外線、紫外線、X射線等。

電磁波類別圖片

電磁波在真空中傳播的速度大約為每秒30萬公裏,可以透過多種方式傳播,如空氣或導電體的傳導。

例如,當我們使用手機時,聲音或者數據會被轉換成電訊號,再由手機內部天線將電訊號轉換成特定頻率和強度的電磁波發射出去。電磁波在空氣中傳播,而後會被附近的電磁波基站(有一個固定的接受頻率範圍)接收並轉發給對方的手機,對方手機內建天線將電磁波轉換為電訊號,再其它器件由電訊號還原成聲音或者數據,並且顯示在螢幕上或者播放出來。

手機電路圖

手機使用的微波是一種電磁波,光是電磁波的一種,所以電磁波具有光的波粒二象性。比如說能量低的光,像水波,彈來彈去。像客廳的wifi(無線電波),能傳到你房間,不是因為它穿透了墻,而是它在你家彈來彈去,彈到你的房間。能量高點的光,像皮球,正中靶心。電視機的遙控器發出的紅外線光,不對準電視,就遙控不了。但將它對準電視對面的墻壁,反彈後它也能遙控電視。根據麥克斯韋的電磁場理論:變化的電場產生磁場,變化的磁場產生電場。電場和磁場一直這樣相互變化產生下去,就實作了向前不間斷地傳播,這就是電磁波。

可見光圖片

我們的手機螢幕顯示出來的豐富多彩的內容是電訊號,它通常使用的是液晶顯示技術(能夠控制光線透過的液態材料)。液晶分子在電場的作用下調整其排列方式,從而控制光線的透過程度。這就是為什麽你可以在手機螢幕上看到各種顏色和影像、影片的原因。

手機顯示器構造圖

液晶顯示器由數百萬個小小的液晶單元組成,每個單元稱為一個像素。每個像素包含紅、綠、藍三種基本顏色,透過調整每個子像素的透明度,可以合成出的不同顏色。手機螢幕上的影像就是透過控制這些像素的顏色和亮度來呈現的。

電磁波的發送與接收示意圖

手機螢幕需要一種光源來照亮液晶螢幕背後,這就是「背光源」的作用。目前,最常見的背光源技術是LED(發光二極管)背光(可以根據需要調整亮度)。LED背光透過在液晶螢幕的背面放置一排LED燈(兩種類別:邊緣照明和全陣列照明)來產生光線。

手機顯示器電路圖

看著手機螢幕,恍惚之間我睡著了。夢裏依稀看到一個光能量波飛舞的奇幻世界,有一些明亮一點的光能量波構建出人體形狀,或坐或躺或行走,人效能量波「手裏」都拿著一個由光子構成長方形的模具小盒子,像個「手機」一般,裏邊顯示著明暗不定的光粒子。

電磁波顯示示意圖