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漫谈——手机电磁波

2024-02-20科技

电磁波谱图片

我们平时使用手机打电话,浏览手机呈现出来的内容(文字、图片、视频、音乐等),都是利用电磁波(微波的一种,波长大约在1厘米到1米之间,频率大约在300兆赫兹到3千兆赫兹之间)进行通信和数据传输的。

电磁波运动原理示意图

电磁波,是电磁场的波动形式,电场的变化产生磁场,磁场的变化也会形成电场,两者的相互作用形成了电磁波。电磁波根据波长(电磁波一个完整周期的长度)和频率(电磁波每秒钟振动的次数)的不同,可以分为:可见光、无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线等。

电磁波类型图片

电磁波在真空中传播的速度大约为每秒30万公里,可以通过多种方式传播,如空气或导电体的传导。

例如,当我们使用手机时,声音或者数据会被转换成电信号,再由手机内部天线将电信号转换成特定频率和强度的电磁波发射出去。电磁波在空气中传播,而后会被附近的电磁波基站(有一个固定的接受频率范围)接收并转发给对方的手机,对方手机内置天线将电磁波转换为电信号,再其它器件由电信号还原成声音或者数据,并且显示在屏幕上或者播放出来。

手机电路图

手机使用的微波是一种电磁波,光是电磁波的一种,所以电磁波具有光的波粒二象性。比如说能量低的光,像水波,弹来弹去。像客厅的wifi(无线电波),能传到你房间,不是因为它穿透了墙,而是它在你家弹来弹去,弹到你的房间。能量高点的光,像皮球,正中靶心。电视机的遥控器发出的红外线光,不对准电视,就遥控不了。但将它对准电视对面的墙壁,反弹后它也能遥控电视。根据麦克斯韦的电磁场理论:变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场。电场和磁场一直这样相互变化产生下去,就实现了向前不间断地传播,这就是电磁波。

可见光图片

我们的手机屏幕显示出来的丰富多彩的内容是电信号,它通常使用的是液晶显示技术(能够控制光线通过的液态材料)。液晶分子在电场的作用下调整其排列方式,从而控制光线的透过程度。这就是为什么你可以在手机屏幕上看到各种颜色和图像、视频的原因。

手机显示屏构造图

液晶显示屏由数百万个小小的液晶单元组成,每个单元称为一个像素。每个像素包含红、绿、蓝三种基本颜色,通过调整每个子像素的透明度,可以合成出的不同颜色。手机屏幕上的图像就是通过控制这些像素的颜色和亮度来呈现的。

电磁波的发送与接收示意图

手机屏幕需要一种光源来照亮液晶屏幕背后,这就是「背光源」的作用。目前,最常见的背光源技术是LED(发光二极管)背光(可以根据需要调整亮度)。LED背光通过在液晶屏幕的背面放置一排LED灯(两种类型:边缘照明和全阵列照明)来产生光线。

手机显示屏电路图

看着手机屏幕,恍惚之间我睡着了。梦里依稀看到一个光能量波飞舞的奇幻世界,有一些明亮一点的光能量波构建出人体形状,或坐或躺或行走,人性能量波「手里」都拿着一个由光子构成长方形的模具小盒子,像个「手机」一般,里边显示着明暗不定的光粒子。

电磁波显示示意图