一文解析电磁场与电磁波的区别

核心答案：电磁场是电场与磁场的统一体，描述电荷周围的空间作用;电磁波是电磁场的能量传播形式，以波动方式在空间传递。‌

主要区别

‌定义与本质‌

‌电磁场‌：由电荷或变化磁场产生的电场与磁场的统一体，是静态或动态的能量场，遵循麦克斯韦方程组。例如，静电场由静止电荷产生，恒定磁场由稳恒电流产生。 ‌12‌电磁波‌：电磁场能量以波动形式传播的现象，由振荡的电场和磁场垂直耦合形成，无需介质即可在真空中以光速传播，如无线电波、光波等。

‌存在与传播特性‌

电磁场可存在于电荷周围(如静电场)，或随时间变化(如天线周围的近场)。其传播依赖电荷或电流的变化，但本身不脱离源独立存在。 ‌1电磁波是脱离源的独立能量形式，可通过波动传递能量，具有波长、频率等波动特性，例如可见光的波长范围约为400-700纳米。

‌应用领域‌

电磁场多用于近场作用场景，如电动机、变压器设计，或医学成像(如MRI)。

电磁波主要用于远距离能量传输与通信，如无线通信、雷达、卫星信号等。

一、电磁场

1. 定义

在物理学中，电磁场(Electromagnetic Field)简称 EM 场或 E-M 场，是由电荷运动而产生的电场和磁场相互作用形成的一个空间环境。它包括静电场和磁场两部分。

2. 物理性质

电磁场主要具有以下几个物理性质：

(1) 电场：电荷周围存在着强度方向、大小不同的电场。

(2) 磁场：磁体周围存在着大小与位置有关的磁感应强度。

(3) 能传递能量：自身携带着辐射反应能量。

(4) 可以感受到外界的物理变化并发生变化。

3. 应用领域

电磁场广泛应用于航空、能源、通信、半导体材料、医学等许多领域。

二、电磁波

1. 定义

电磁波(Electromagnetic Wave)是指电场和磁场按一定规律在介质中或真空中传播的波动现象，它是由交替变化的电场向外辐射并连续地垂直于电场的磁场，在空间中以光速传播。

2. 物理性质

电磁波主要具有以下几个物理性质：

(1) 能量：电磁波携带着一定量的能量，其大小与频率、振幅有关。

(2) 波长和频率：不同类型的电磁波的波长和频率各异，包括微波、红外线、可见光等。

(3) 真空传播：电磁波可以无需介质，在真空中进行传播。

(4) 反射折射：电磁波在遇到介质界面时会发生反射和折射现象。

3. 应用领域

电磁波广泛应用于通信、雷达、导航、卫星技术等许多领域。

三、电磁学

1. 定义

电磁学(Electromagnetism)是研究电力、磁力及它们相互作用的自然科学分支。

2. 物理性质

电磁学主要研究的物理性质包括麦克斯韦方程组，包括：

(1) 安培定律：电流周围产生磁场;

(2) 麦克斯韦方程组的三个非恒定性方程式~其中包括“法拉第—楞次”定律和平面波解等。

(3) 位移定理：在电介质表明存在着等效的自由电荷;

(4) 赛曼效应：光谱学中用于测定气体含量。

3. 应用领域

电磁学的应用涵盖广泛，包括电机、发电机、变压器、线圈等能源设备、通讯系统、传感器技术、微波、半导体材料及超导物理等高科技支撑。

四、电磁场、电磁波和电磁学之间的区别

总结起来，电磁场是指由电荷运动而产生的电场和磁场相互作用形成的一个空间环境;电磁波则是通过交替变化的电场向外辐射并连续地垂直于电场的磁场，在空间中以光速传播的一个电磁现象;电磁学则是研究电力、磁力及它们相互作用的自然科学分支。虽然这三者都源于电荷的运动，但主要区别在于其特殊物理性质和应用领域不同。

电磁波与电磁场的区别在于它们的物理形态。电磁波是一种动态的电磁场表现，是在电磁场的高频振荡中，电能和磁能不能即时相互转换，因此以波动的形式在空间中传播的现象。

尽管电磁波是电磁场的动态体现，但它们并非同一种物质，而是存在差异的。电磁场的基本特性及其变化规律由麦克斯韦方程组描述，这些方程组决定了电磁场的动态行为。

电磁波具有特定的波动性质，而电磁场则是场的概念，描述的是空间中某一点的电磁状态。两者的相互作用和相互影响在电磁理论中占据核心地位。

把电磁波和电磁场比作煤炭与钻石可能不恰当，因为煤炭和钻石是同一种碳元素的不同形态，而电磁波和电磁场则是不同维度的概念。从宏观角度，它们都是电磁现象的不同侧面，但从微观角度看，它们的本质和行为则有明显的差异。

波与场具有本质的区别。波是指振动的传播，某一物理量的扰动或振动在空间逐点传递时形成的运动称为波;而场在物理学上指的是空间或空间的某种分布，是物体与生俱来的属性。波是物体振动产生的，其传播需要介质，它可以脱离物体而存在;而场是物体发生作用的范围，是一定范围内的物理作用，只能存在于物体的周围，不能脱离物体而存在。

电磁场是电场与磁场的统称，任何电场都是电荷产生的，没有电荷就没有电场，任何磁场都是运动电荷产生的效应，没有电荷的运动就没有磁场。

电磁波是什么?教科书的定义是：由方向相同且互相垂直的电场与磁场，在空间中衍生发射的振荡粒子波，是以波动的形式传播的电磁场。在上一章，详细说明了为什么变化的电场不能产生磁场，变化的磁场也不能产生电场，因此，电磁波不是运动的电磁场。电场是电荷产生的，并随电荷移动，如果电荷不存在，电场自己是不可能以波的形式移动的，更不可能在空中衍生发射振荡粒子波。

电磁波是波，描述方法与声波基本相同，电磁波与声波几乎具有完全相同的性质，在描述它们的反射、折射、干涉、衍射、多普勒等现象时，都可以应用相同的方法，例如：不论是声波还是电磁波，都符合反射定理、折射定理等，尤其神奇的是，不论是声波还是电磁波，当入射波在波疏介质中前进，遇到波密介质的界面时，都将在反射过程中产生半波损失，但当入射波在波密介质中前进，遇到波疏介质的界面时，在反射过程中都没有半波损失。

在计算波的能量、辐射压、方向角(衍射极限角)等，也都可以应用几乎相同的方法，例如：不论是声波还是电磁波，所产生的辐射压，其数值都等于平均能量密度，更神奇的是：当波完全反射时的辐射压力是完全吸收时的两倍。电磁波可以实现相控阵(相位补偿基阵)发射和接收，超声波同样可以实现。

麦克斯韦方程组的适用范围是电磁场，它成立的条件是必须有电荷存在，对于电磁波，麦克斯韦方程组不成立。

物理性质的区别

场是源激发的，没有源就没有场，不存在无源之场，场是源决定的。电场是由电荷产生的，虽然在表象上变化的磁场可以产生涡旋的电场，但本质上涡旋的电场仍然是由电荷运动产生的。在表象上，涡旋的电场也可以产生磁场，但实际上，没有电荷的运动就没有磁场。

波也是源激发的，但波可以脱离源而存在，不存在无源之波。波是由源和介质共同决定的，源决定波的频率和幅度，介质决定波的速度和衰减，电磁波也不例外。

电磁场与电磁波可以是同源的，也就是说，同一个源即可以产生电磁场，也可以产生电磁波，但二者却具有完全不同的性质：

A. 电磁场只能存在于源的附近(远场强度很小，可忽略)，但电磁波却可以存在于远离源的地方;

B. 电磁场不能脱离源而存在，但电磁波却可以;

C. 电磁场中不存在相位因子e^(-jkr)(说明了电磁场不存在波动，也说明电磁场不能以波的形式传播)，但电磁波中一定存相位因子。

D. 交变的电磁场与电磁波都能使带电粒子产生振动，但电磁场作用与带电粒子所带电荷有关，它只能作用于带电粒子，而电磁波的作用与粒子所带电荷无关，可作用于任何粒子，例如，激光可以冷却任何粒子，而不论粒子是否带电。