光是电磁波,可以用光学凸透镜聚焦,WiFi信号也是电磁波,可以用同样方法聚焦吗?:光是电磁波,可以用光学凸透镜聚焦,WiFi信号也是电磁波,可以用同样方法聚焦
光是电磁波,可以用光学凸透镜聚焦,WiFi信号也是电磁波,可以用同样方法聚焦吗?
?不可以。它们虽然属于一个电→磁→光系统,但是它们之间传播方式与工作原理完全不一样。
?凸透镜聚焦的原理见下图所示。
光与主轴,通过凸透镜两个球面球心 C1、C2 的直线叫凸透镜的主光轴。凸透镜的中心0 点是透镜的光心。平行于主轴的光线经过凸透镜后会聚于主光轴上一点F,这一点是凸透镜的焦点。焦点F 到凸透镜光心0 的距离叫焦距,用f表示。物体到凸透镜光心的距离称物距,用u 表示。物体到凸透镜所形成的像到凸透镜光心的距离叫像距,用v 表示。
?将平行光线平行于主光轴凸透镜两个球面的球心的连线称为此透镜的主光轴的射入凸透镜,光在透镜的两面经过两次折射后,集中在轴上的一点,此点叫做凸透镜的焦点。凸透镜在镜的
两侧各有一实焦点,如为薄透镜时,此两焦点至透镜中心的距离大致相等。凸透镜之焦距是指焦点到透镜中心的距离,用f 表示。凸透镜拥有放大作用。凸透镜二倍焦距分大小,一倍焦距分实虚正倒。凸透镜球面半径越小,焦距越短。凸透镜可用于放大镜、老花眼及远视的人戴的眼镜、摄影机、电影放映机、幻灯机、显微镜、望远镜等。
?人们使用的WiFi信号属于高频无线电电磁波(千兆频率),是通过调制解调器利用一定频率,由发射天线向空间发射,它就像水塘中间扔出的一块石头一样,溅起的波浪是向360o方向延伸的。电磁波在传播过程中,电子与其它大气分子或离子将相互碰撞,电磁波的能量会被电离层及遮挡物吸收一部分而产生损耗。频率越高则损耗越小,频率越低损耗越大。
?按照提问者所说情况,关键是光学凸透镜无法固定位置进行聚焦。即使是聚焦360o的一点波,根本没有能量聚集在一起。至今为止,科学家还没有能力将其电磁波采用利用凸透镜来假设聚焦电磁波的。再者将其WiFi信号聚焦了有什么作用?这里本人十分佩服提问者这种脑门大开的问答题。
知足常乐于上海2019.11.12日
2光和wifi信号本质上都是电磁波,通过凸透镜都能实现聚焦,只是效果不一样。
电磁波是同相震荡且相互垂直的电场和磁场,在空间中传播的震荡粒子波,具有波粒二象性。
电磁波频率由低到高,也就是波长由长到断,主要分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。其中光属于可见光,波长在380-780nm;wifi信号属于无线电波,波长在几厘米到十几厘米。
电磁波都具有一定的穿透能力,同时也会因进入媒介的不同,产生不同的反射和折射现象,能量也会发生衰减。与wifi相比,可见光的波长较短,所携带的能量就高。
在穿过凸透镜时,未衰减的能量就多,而且由于可见性,我们在凸透镜后一定距离放置接收投影的物体,就会看到折射后的焦点,如果把太阳光聚焦,我们甚至可以把纸张、布料、木材点燃。
与此相对应的wifi,由于其波长达到厘米甚至十几厘米,传播过程中振幅很大,而且在遇到和它波长差不多物体(比如凸透镜)时,根据衍射原理,它就会很容易改变传播方向,所以wifi在遇到凸透镜时很大几率会绕着走。同时,由于wifi携带能量较低,即使穿透凸透镜,剩余的能量也衰减了很多,聚焦就失去了意义。
光波和WiFi信号都是电磁波。聚焦原理差不太多。但是光学透镜对可见光比较好。并不是所有的电磁波都能过玻璃。所以电磁波透镜一般,不是用玻璃。
很多电磁波天线锅。其实就是电磁波反射镜。
而光学菲涅尔透镜。适用于光,对其它电磁波咋样不好说。
菲涅尔原理的天线,不是不可以。
菲涅尔反射太阳灶,
菲涅尔雷达反射天线。重量轻占体积少,是相控阵雷达天线的一种,
4光是电磁波,可以用光学凸透镜聚焦,WIFI信号也是电磁波,可以用同样的方法聚焦吗?
首先对你的问题肯定的是,你对于自然科学的问题具有能够提出疑问的精神。其二是对于你的问题我们可以依据现有的科学技术理论进行讨论。
我们知道光是电磁波,有与电磁波属性,也就是折射反射衍射等属性。同样,作为一种射线,电磁波显然与光线一样,在通过凸透镜或凹面镜时会发生聚焦或散射作用。同理,光线与电磁波一样,在遇到凹面镜或凸面镜时会发生反射聚焦或散射作用。那么,这就意味着,你的问题的答案是肯定的。
那么,为什么人们不用凸透镜聚焦无线电波呢?一是因为无线电通过透镜后,我们不能像光线传递信息直接看到其传递的信息是什么因为,还需要一些电子信息技术进行处理还原信息,这样会增加设计成本。二是光学镜片制造成本非常高,而电子信息信号一般比较弱,如果用非常大的凸透镜进行聚焦,比起凹面镜制造成本来说,造价巨大,同时过于沉重,显然没有必要。而凹面镜却可以制造的非常大,比如说我国制造的超大射电天文望远镜,同样可以实现无线电波的聚焦和接收,并在通过电子信息技术进行后期处理更容易。
实际上,随着科技的发展,无透镜接收光线光波光谱的技术也可能会淘汰笨重的光学镜片接收光学信息的技术。
5这个问题其实很简单!
光学经过透镜而聚焦,从本质上讲,是光的折射的特例。或者说,光的折射定律是透镜聚焦光线的本质。光的折射定律是几何光学的基本定律之一。是在光的折射过程中,确定折射光线与入射光线之间关系的定律。1621年由斯涅耳提出。光从一种介质射向另一种介质的平滑界面时,一部分光被界面反射,另一部分光透过界面在另一种介质中折射,折射光线服从折射定律:折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧。该定律同样适用于声波和无线电波.
Wifi使用的载波频率为2.4GHz电磁信号,理论上也可以通过光学透镜聚焦已透过的电磁波(注意是已透过的电磁波),但是这个频率的电磁波穿透障碍物包括玻璃的能力较差,在穿透玻璃的过程中大部分转化为热量而被玻璃吸收,同时还有很大一部分电磁能量发生了反射,能穿透透镜的Wifi信号微乎其微,所以用玻璃透镜是达不到聚能聚焦的效果,现实中,对于Wifi信号一般用球面金属反射面来达到能量聚焦的目的,类似于凹透镜的镜面反射!
6光是电磁波,可以用光学凸透镜聚焦,WⅰFⅰ也是电磁波,可以用同样的方法聚焦吗?答案是“不可以”。那原因是什么呢?
要搞清这个问题首先要了解一个概念叫做光的“折射”。它是指光线在两种不同媒质间传播时,通过界面的光线会发生偏折改变方向的现象。我们常见的凸透镜就是利用光的折射原理来工作的。下图就是两个不同曲光度凸透镜对光线聚焦的示意图。
因为透镜是置于空气中的,所以在镜面上就形成玻璃和空气两种媒质的界面,由于每种材料的折射率是固定的,所以凸透镜的曲率越大,折射角度也会变大,聚焦效果越明显,
另外用不同材质制成的同形状凸透镜,其“度数”也是不一样的,这也是用玻璃和塑料制成的同度数眼镜厚薄不一样的原因。
不过除了材质以外,影响光线折射的另一个重要因素就是光的频率或波长,一般来说光的波长越长或频率越低折射越小。光的这一特征可以通过一个棱镜分光的小试验加以证实:
由于红光的频率低故折射角度较小,蓝光频率高折射最为明显。这就按不同的波长把白色的阳光分解为漂亮的彩带。从图中可以看出,无线电波的频率比红光还要低得多,所以当无线电波遇到凸透镜时可径直通过,基本不会发生折射现象,当然也就不可能实现聚焦了。以上是我的回答。
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7可以、但是从物理学上来说、电磁波能不能穿透玻璃呢,电磁波的能量密度可是比可见光波低很多的
8从原理上来说,光与WiFi信号都是电磁波,都属于横波,即振动方向与波的传播方向垂直。光可以用光学凸透镜聚焦进行聚集的,根据C= f*linda(C为光速,f为频率,linda为波长)得知, 也就是说,频率很大,波长越小,是一个反比例的关系。
可以看出无线电波的波长在几十米这个区间,折射率跟波长有关的,波长越大,折射率就会越小,所以WiFi信号的折射率非常小,达到不错的效果需要很大的“透镜”
那WiFi信号如何聚集,要用到抛物面天线,就是像大家常见的卫星接收天线的“锅”,能把电磁波反射集中到“焦点”上,然后转换为接收电流。不得晃提的是我们国家的贵州射电望远镜。事实上,光学波段和射电波段都需要“光学”系统,一个光学系统的镜面精度要达到观测波长的4分之一,光学波段波长在10^2nm量级,而射电是从接近~1mm到几十米这个波长范围,显然,光学望远镜所需的镜面精度至少比射电望远镜高一万倍,而要在越大的尺度上实现全部镜面均控制在一定的精度范围内就越难,所以光学难以做大。
贵州500米口径球面射电望远镜 ,简称FAST,位于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇大窝凼的喀斯特洼坑中,工程为国家重大科技基础设施 。
所以wifi信号是可以聚集的,用的就是球面射电望远镜的原理。
有diy爱好者自制WiFi信号增强器,大家可参考下。
希望我的回答能帮助到你,如果喜欢,点一下关注哦。
9光是一种电磁波这个概念很多人应该都知道,我们平时说的光其实指的就是某一段特殊的电磁波,由于我们眼睛中的视锥细胞只能感受到这一段频率的电磁波,因此,这部分电磁波能够被我们的人眼所见到,于是我们称之为“可见光”,而人类所看见的光仅仅只是电磁波中的一小部分。
光是电磁波,WIFI同样也是电磁波,它们的属性是一样的,那么既然可见光能够被凸透镜聚焦,WIFI能被聚焦吗?理论上可以,但这个凸透镜需要很大,并且很厚。之所以会这么说,主要基于下面两个原因。
1.WIFI信号发射的电磁波波长较长,玻璃对此的折射率较低,因此,在聚焦点不至于离的太远的情况下,需要做的更厚,对光线形成更大的偏折角可见光对应的电磁波段频率还是比较大的,波长也非常短,属于纳米级别,而我们常使用的无线电的波长对应的一般是厘米至千米级的波长,我国的wifi信号在一般在2.4GHz频段,通过计算可以知道它的波长大约在12.5cm左右。
同样的一块玻璃对于不同波长的电磁波折射率是不一样的,这也正是我们通过三棱镜能够散射出红橙黄绿青蓝紫七种颜色的原因,因为不同颜色的色光波长不一样,导致折射角度不一样。
从三棱镜的这个散射规律我们就能看出,频率越小(波长越长)的电磁波偏折角度越小(光谱中红光波长最长,折射角度最小,处于最上方,而紫光处于最下方)。那么对于WIFI发出的电磁波波长就更长了,大约是可见红光波长的几十万倍,因此,折射角度就更小了,如果想要在较短的距离内将WIFI电磁波汇聚在一点,就需要增大圆弧面切角(增大镜面曲率),也就是需要增厚镜片。
2.由于WIFI信号电磁波波长较长,如果凸透镜尺寸较小会发生衍射现象,导致电磁波直接绕过凸透镜进行传播,不能起到聚焦作用,所以需要将凸透镜尺寸做的很大。- 什么是衍射?
衍射,又称绕射,是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。这是波的一个特有性质。当然波在什么情况下会发生衍射是有条件的,当波的波长远大于障碍物尺寸或者波长相近的时候,最容易发生衍射现象。我们可以以水波为例解释这种衍射现象,当一个水波向外传播时,如果遇到较小的障碍物,水波很容易就能够绕过这个障碍物继续传播,而当障碍物很大时(远大于水波波长),水波的传播就会被障碍物阻挡住。
那么如果要对发射过来的WIFI电磁波进行凸透镜聚焦,就不能让电磁波直接绕过凸透镜(也就是不能让电磁波发生衍射),而是让它们穿过凸透镜从而发生折射,因此,凸透镜的尺寸需要远大于WIFI电磁波的波长,否则这些电磁波会直接绕过凸透镜传播,也就起不到聚焦的作用,WIFI电磁波的波长大约就有十几厘米,因此凸透镜想要起到较好的作用需要比波长大几个数量级。
总结所以说凸透镜想要聚焦WIFI电磁波是可以实现的,但是,对凸透镜本身的大小和结构要求与我们普通使用的凸透镜不一样,因此需要做的又大又厚,同时不同波长对应的需要不同的结构,这种做法完全不适于波长大、频率范围又广的无线电波,针对这些无线电磁波一般是使用金属面板来对电磁波进行反射汇聚(比如我们常见的卫星信号接收器、中国的著名的射电望远镜天眼FAST等),增强信号,因为即使是不同频率的电磁波,都会遵循同样的反射规律,从而汇聚到同一点进行信号增强,而基本不会使用光学器件。
10光与电磁波的波长相差好多倍的数量级,性质有本质的不同,所以同样是通过玻璃,各自的物理结果会大不一样。光在玻璃的折射率较大,所以容易将他聚焦,并且可见性强,容易实现……而电磁波在玻璃上几乎没多少折射,甚至可以说玻璃对电磁波没啥影响,就更不要说用玻璃透镜来聚焦电磁波了。想聚焦电磁波,只能用别的材料来实现,但绝对不是简单的玻璃能做到。卫星接收锅也是一种聚焦电磁波的方式,他是用金属对电磁波的反射的原理来实现。至于把“穿透而过的电磁波聚焦起来”要用什么材料,科学界是有这个材料的,但我不知道而已,而我知道的就是——绝对不是用玻璃凸透镜来实现。