電磁波，從物理學角度說是一種形式的能量，是由相同且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發射的震蕩粒子波，是以波動的形式傳播的電磁場，具有波粒二象性。
電磁波由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直于電場與磁場構成的平面。在真空中，電磁波以光速（通常用C表示）傳播（光是電磁波），在介質中電磁波的波速與介質的介電常數和磁導率有關，但不會超過真空中的光速。電磁波在電磁頻譜中的位置可以通過其振蕩頻率或其波長來表征。不同頻率的電磁波有不同的名稱，因為它們具有不同的來源和對物質的影響。電磁波可按照頻率分類，從低頻率到高頻率，主要包括無線電、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線。
1819年，漢斯·奧斯特（Hans Christian ?rsted）發現的電流磁效應現象。電磁波的概念首先由null于1864年預測出來，而后由德國物理學家海因里希·赫茲（Heinrich Rudolf Hertz）于1887年在實驗中證實存在。
電磁波有廣泛的應用，無線電波用于通信，微波多用在雷達或其他通信系統，紅外線用于遙控、熱成像儀、紅外精確制導導彈等，可見光是大部分生物用來觀察事物的基礎，紫外線有顯著的化學效應和殺菌消毒作用，X射線用于對人體的透視和工程上的探傷，y射線具有很強的穿透能力，用于探傷、厚度測量和醫學治療，使原子發生躍遷從而產生新的射線等。
定義
電磁波是由相同且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發射的粒子波，是以波動形式傳播的電磁場。變化的電磁場通過電磁波輻射能量和動量，電磁輻射會對發出電磁波的粒子產生輻射反作用。電磁波根據波長（從波的一個至高點“波峰”到下一個波峰的長度）被細分為射電波（無線電）、微波、紅外線、光（可見光）、紫外線、X射線、射線（伽馬射線）等幾種。可見光波長范圍大概在400-700nm之間。
研究歷史
1819年，漢斯·奧斯特發現的電流磁效應現象——在通電流導線周圍產生了能使磁針偏轉的磁場。電磁波的概念首先由于1865年預測出來，而后由德國物理學家海因里希·赫茲于1887年在實驗中證實存在。
理論提出
在19世紀50年代至19世紀70年代期間，詹姆斯·麥克斯韋（麥克斯威（上海）商貿有限公司）發表了一系列論文來闡述電磁學統一理論。起初19世紀50年代，麥克斯韋在劍橋大學工作，邁克爾·法拉第（Faraday）的力線概念給他留下深刻印象。1856年，他發表了他的第一篇關于電磁學的論文： 他試圖用不可壓縮的流體流動的類比來模擬磁力線。后來，詹姆斯·麥克斯韋搬到了倫敦國王學院，在那里他與法拉第未來經常交流，并成為好友；1861-1862年，詹姆斯·麥克斯韋以《論物理力線》為題發表了一系列的4篇論文。在這些論文中，他使用機械模型，如旋轉的渦流管，來模擬電磁場。他還將真空建模為一種絕緣彈性介質，以說明邁克爾·法拉第給出的磁力線的應力，這些工作為麥克斯韋方程的制定奠定了基礎。1864年，英國科學家在總結前人研究電磁現象的基礎上，建立了完整的電磁波理論。他斷定電磁波的存在，推導出電磁波與光具有同樣的傳播速度。推導出電磁波方程，一種波動方程，這清楚地顯示出電場和磁場的波動本質。因為電磁波方程預測的電磁波速度與光速的測量值相等，麥克斯韋推論光波也是電磁波。后來，麥克斯韋方程的最終形式發表于1865年的《電磁場的動力學理論》，其中以嚴格的數學形式表述了該理論，該系列理論也預測了電磁波的存在。
相關證實
1887年，德國物理學家赫茲用實驗證實了電磁波的存在。之后，1898年，又進行了許多實驗，不僅證明光是一種電磁波，而且發現了更多形式的電磁波，它們的本質完全相同，只是波長和頻率有很大的差別，也因為其差別構成了電磁波譜。
相關理論
電磁波的行為在電磁學的分支電動力學中專門研究。在電動力學中，根據麥克斯韋方程組，隨著時間變化的電場產生了磁場，反之亦然。因此，一個振蕩中的電場會產生振蕩的磁場，而一個振蕩中的磁場又會產生振蕩的電場，這樣，這些連續不斷同相振蕩的電場和磁場共同地形成了電磁波電場，磁場都遵守疊加原理。因為電場和磁場都是向量場，所有的電場向量和磁場向量都適合做向量加運算。電磁波具有折射、反射、衍射和干涉的波動特性。
麥克斯韋方程組
麥克斯韋方程組是磁、電、光和相關輻射相關理論的統一，用于描述磁場與電荷密度、電流密度之間的關系。從麥克斯韋方程組，可以推論出電磁波在真空中以光速傳播，并進而做出光是電磁波的猜想。詹姆斯·麥克斯韋方程組由四個方程組成：描述電場如何隨著電荷分布而變化的高斯定律、描述磁單極子不存在的高斯磁定律、描述磁場如何隨時間變化而產生電場的邁克爾·法拉第感應定律以及描述電流和變化的電場怎樣產生磁場的麥克斯韋—安培定律。
平面電磁波可以根據麥克斯韋方程推導出其為橫波的特性。在自由空間的麥克斯韋方程可寫為：
隨后，將它們在直角坐標系中寫成分量形式：
設平面波沿軸傳播，則波面垂直于軸。在波面上的相位相同，即相位與變量無關。假設振幅也與無關。這樣一來，上式中所有對的偏微商全等于0，于是四式簡化為，，，。因此，電場向量和磁場矢量沿波動傳播方向的分量和（即縱分量），是與任何時空變量無關的常量它們與我們這里考慮的電磁波無關，可以假定 ，。從這里就得到有關電磁波為橫波的特性。此外，也可以根據麥克斯韋方程類推，得到在電磁波中電場量，磁場量和傳播方向三者兩兩垂直的關系等。
波動理論
電磁波具有折射、反射、衍射和干涉的波動特性，因為所有的波都具有波粒二象性。其中，折射和反射屬于粒子性；衍射和干涉則為波動性。其波函數由振幅和相位組成，即：。式中，表示振幅，為頻率， 是相位。能量函數為：。式中，E表示能量，h為普朗克常數，h=6.62X10-34Js。并且，電磁波還滿足疊加原理，即當兩列波在同一空間傳播時，空間上各點的振動為各列波單獨振動的合成。此外電磁波還具有直線性，即電磁波在理想均媒質中，沿直線傳播；方向上電場、磁場振動的方向與電磁波前進方向互相垂直；無線電波在不連續媒質的界面上會產生反射以及在理想均媒質中，無線電波傳播的速度恒定的特點。
性質與特點
電磁波具有波粒二象性，由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直于電場與磁場構成的平面，即電磁波伴隨的電場方向，磁場方向，傳播方向三者互相垂直，因此電磁波是橫波。電磁波在真空中速率固定，速度為光速。當電磁波能階躍遷過輻射臨界點，便以光的形式向外輻射，此階段波體為光子，太陽光是電磁波的一種可見的輻射形態，電磁波不依靠介質傳播，在真空中的傳播速度等同于光速。
在數學表達中，電磁波是橫波，電向量和磁矢量都與單位波矢 垂直，即，；電矢量與磁量垂直，即；和同相位并且在任何時刻、任何地點，的方向總是沿著傳播方向的；和的幅值和成比例，即；電磁波的傳播速度為，在真空中的傳播速度為。
波粒二象性
電磁波（光等）以及實物粒子具有粒子性也具有波動性，粒子性是指粒子有質量、動量和能量、占據一個很小的空間任意時刻位置由運動方程確定、有確定的運動軌道等特性，光的粒子性在于其具有粒子的某些特性又不完全與粒子相同，光沒有確定的位置、沒有確定的運動軌道；波動性是指波具有的能夠時變電磁場在空間傳播、有疊加性、衍射性和可分性、能展布在一個較大的空間等特性，實物粒子的波動性在于其具有波的某些特性。電子等實物粒子具有波粒二象性，具體是指，對于一個質量為，運動速度為，波長為的實物粒子，動量為的粒子（物質的粒子性可由能量和動量刻畫；波動性由粒子分布的概率波表達，物理量為頻率和波長），有如下關系：。該式稱為路易·德布羅意關系式，式中，為馬克斯·普朗克（Planck）常量。德布羅意關系式通過普朗克常量將微觀粒子的波動性和粒子性聯系起來。
傳播
電磁波頻率低時，主要借由有形的導電體才能傳遞。原因是在低頻的電振蕩中，磁電之間的相互變化比較緩慢，其能量幾乎全部返回原電路而沒有能量輻射出去；電磁波頻率高時即可以在自由空間內傳遞，也可以束縛在有形的導電體內傳遞。在自由空間內傳遞的原因是在高頻率的電振蕩中，磁電互變甚快，能量不可能全部返回原振蕩電路，于是電能、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去，不需要介質也能向外傳遞能量，這就是一種輻射或者說一種傳播過程。舉例來說，與地球之間的距離非常遙遠，但在戶外時，我們仍然能感受到和煦陽光的光與熱，這就好比是“電磁輻射借由輻射現象傳遞能量”的原理一樣。
電磁波的傳播不需要介質，同頻率的電磁波，在不同介質中的速度不同。不同頻率的電磁波，在同一種介質中傳播時，頻率越大折射率越大，速度越小。且電磁波只有在同種均勻介質中才能沿直線傳播，若同一種介質是不均勻的，電磁波在其中的折射率是不一樣的，在這樣的介質中是沿曲線傳播的。通過不同介質時，會發生折射、反射、衍射、散射及吸收等等。電磁波的傳播有沿地面傳播的地面波，還有從空中傳播的空中波以及天波。波長越長其衰減也越少，電磁波的波長越長也越容易繞過障礙物繼續傳播。電磁波是橫波，即電磁波的磁場、電場及其行進方向三者互相垂直如圖 1-8 所示。電場與磁場的振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變，其強度與距離的平方成反比，電磁波本身帶有能量，任何位置的能量功率與振幅的平方成正比。
速度、頻率以及波長
電磁波具有與光波相同的性質，其速度等于光速。在空間傳播的電磁波，距離最近的電場（磁場）強度方向相同，其量值最大兩點之間的距離，就是電磁波的波長，電磁每秒鐘變動的次數便是頻率。三者之間的關系可通過公式來轉換。其中，為波速（光速是一個常量，真空中約等于m/s，是宇宙間物質運動的最快速度） ，單位為m/s；為頻率，電磁波頻率的單位是（Hz）。但常用的單位是千赫（KHz）和兆赫（MHz），；為波長（單位：m）。
能量與動量
電磁波是變化的電磁場的傳播，而電磁場是具有能量的。所以，隨著電磁波的傳播，必然有電磁能量的傳播。在前面的章節，我們已經得出了電場和磁場的能量密度分別為、。因此，電磁場總的能量密度。該能量隨著電磁場的傳播而形成了能流，其能流密度為。能流密度是向量，它的方向就是電磁波傳播速度的方向。由電磁波的波動方程可以知道的方向就是傳播方向，故能流密度的矢量形式為這個矢量也稱為坡印廷矢量，是描繪電磁波能量傳播的重要物理量，其中為坡印廷矢量，E為電場強度，H為磁場強度。E、H、S彼此垂直構成右手螺旋關系；即由S代表單位時間流過與之垂直的單位面積的電磁能，單位是W/m 。
電磁波不僅具有能量，而且也具有動量，對其他物體有力的作用。電磁波不僅有能量，而且也具有動量。對真空中的電磁波，設在空間某點處的電磁能量密度為，真空電磁波速為，根據光子的相對論質殼關系，電磁場的動量密度應是。根據“流密度=密度 x 流速”，電磁波在傳播方向上的動量流密度（即單位時間內通過垂直于傳播方向的單位面積的電磁波動量 ）為。其中用到了真空電磁波的輻射強度（即能流密度 ）。上式表明，單位面積所受的輻射壓力（亦稱光壓）為。
電磁波譜
電磁波根據波長（從波的一個至高點“波峰”到下一個波峰的長度）被細分為射電波（無線電）、紅外線、光（可見光）、紫外線、X射線、射線（γ射線）等幾種。在日常生活應用中，各種電磁波的各電磁波的波長范圍劃分得并不嚴格，存在互相重疊的部分。不同波長的電磁波對應不同的頻率，按照波長或頻率的順序把這些電磁波排列起來就是電磁波譜。如果把每個波段的頻率由低至高依次排列的話，它們是工頻電磁波、無線電波（分為長波、中波、短波、微波）、紅外線、可見光、紫外線、X射線及射線。其中，無線電的波長最長，頻率最低，能量最小；宇宙射線（x射線、射線和波長更短的射線）的波長最短，頻率和能量最高。
無線電波（射頻）
通常把在自由空間（包括空氣和真空）傳播的頻率從幾十赫茲（甚至更低）到3000GH 頻段內的電磁波稱為無線電波，對應的波長從幾萬千米到 0.1 毫米。按照頻率范圍的不同以及它們的特點，可以將其劃分為若干波段。不同波段的無線電波，其傳播特性有很大差別，應用也有所不同。
微波
在電磁頻段中，波長為1m ~1mm的波稱為微波，頻率主要介于300MHz~300GHz之間。微波介于無線電波和紅外線之間，其低頻端與無線電波的“超短波”波段相鄰。因其波長與普通無線電波相比更加微小，故稱為微波。由于這種電磁波的頻率非常高又被稱為超高頻電磁波。電磁波的震蕩頻率越高，其波長越短。按照其波長范圍，一般將微波劃分為三個波段，即分米波、厘米波和毫米波，也可將部分波段界定為亞毫米波。微波的基本性質通常呈現為穿透、反射、吸收。對于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是全部穿透而不被吸收。生物體、水和含水材料對微波具有良好吸收性能并可產生熱能轉換。而對金屬類材料，微波則會全部反射，不吸收也不能穿透。
紅外線
紅外線是波長比射電波短（約0.1毫米以下），比可見光長（約800納米以上）的電磁波，在光譜上與紅光相鄰，因其在光譜上位于紅光之外，故稱紅外線。物體吸收紅外線后溫度會上升，所以紅外線又被稱為熱射線。紅外線光量子的能量低，被組織吸收后，主要引起分子振動而產生熱效應，不能引起光化學效應和光電效應。臨床上通常將醫療用紅外線分為兩段:短波紅外線和長波紅外線。短波紅外線穿入人體組織較深，5~10mm，可達真皮及皮下組織，能直接作用于皮膚的血管、淋巴管、神經末梢及皮下組織，如白熾燈；長波紅外線穿透組織較淺，小于2mm，僅能達皮膚表皮淺層，如紅外線燈。
可見光
可見光（或單獨稱為光）是肉眼可見的電磁波，波長約為400納米至700納米。人和大多數動物的眼睛都能看見可見光，這是因為生物為適應太陽光的光譜而進化的原因。
紫外線
1801年，德國物理學家約翰·威廉·里特（Johann Wilhelm Ritter）發現了紫外線。他注意到，太陽光譜中紫色一側光譜之外的位置的不可見射線比紫光更快地使氯化銀試劑變暗，他將其稱為“化學射線”。后來這種射線被稱為紫外線。紫外線是一類頻率介于可見光和X光之間的電磁波的總稱，在電磁波譜中波長為 10~400nm，屬于不可見光。根據波長，紫外線可以分為三個波段:長波紫外線，波長 320~400nm，通過照射可使一些物質產生熒光反應；中波紫外線，波長280~320nm，該波段可對人體皮膚產生較強的生物學效應，產生較強的紅斑反應；短波紫外線，波長低于280nm，通過照射可產生強大的殺菌效果，可用于殺菌、消毒，被稱為殺菌射線。
X射線
在電磁波譜中，X射線與紫外線和射線相搭接。X射線是一種頻率極高、波長極短、能量很大的電磁波，其波長0.01nm~10nm。通常把波長大于0.3nm的部分稱為軟X射線，而把波長小于0.3nm的部分稱為硬X射線，X射線波長愈短其穿透材料的能力愈強，X射線具有明顯的粒子性。X射線具有很強的穿透物質的能力，經過電場和磁場時不發生偏轉，穿過物質時可被吸收或使強度衰減，能激發熒光使照相底片感光，并能殺死生物細胞與組織等。
γ射線
γ射線，又稱γ粒子流，是波長小于0.01nm的電磁波，頻率超過3×1020Hz，能量極高，一般由能態較高的原子核向較低能態躍遷時（γ衰變）時產生。γ光子是中性的，靜止質量為0。γ射線可由、、鐳、等放射性金屬發出，穿透力強，不會在磁場或電場中發生偏轉，照射到物質時可與物質發生相互作用使得物質電離。
危害
平常所說的電磁輻射屬于非電離輻射，對人體的生物學效應與電磁波本身的物理特性密切相關，特別是與其能量、功率等有關。環境中非電離輻射來源于天然、日常生活用品或其他人為的發生源，可以說無處不在。電磁輻射健康危害的機制主要是熱效應、非熱效應和積累效應等。總體而言，環境電磁輻射的生物效應基本上是弱效應和遠后效應，這也是電磁輻射健康危害研究難以取得突破性進展的原因。
在電磁輻射中，電磁熱槍對人體的輻射，能使人體溫升高讓敵人不舒服、發燒，甚至死亡。頻率低的電磁輻射，可使動物處于昏迷狀態。這些磁場是非常微弱的，可以使一個人暫時傷殘。超量的電磁輻射，會造成人體神經衰弱、食欲下降、心悸病胸悶、頭昏目眩、甚至腦部腫瘤。
熱效應
人體內70%以上是水，水分子受到電磁波輻射后相互摩擦，引起機體升溫，從而影響到身體其他器官的正常工作。
非熱效應
人體的器官和組織都存在微弱的電磁場，它們是穩定和有序的，一旦受到外界某些頻率電磁波的干擾，處于平衡狀態的微弱電磁場可能遭到破壞，從而對人體的機能產生影響。
累積效應
熱效應和非熱效應作用于人體后，對人體的傷害尚未來得及自我修復之前再次受到電磁波輻射的話，其傷害程度就會發生累積，久之會成為永久性病態或危及生命。對于長期接觸電磁波輻射的群體，即使功率很小，頻率很低，也會誘發想不到的病變。長期接受電磁輻射會造成人體免疫力下降、新陳代謝紊亂、記憶力減退、提前衰老、心率失常、視力下降、聽力下降、血壓異常、皮膚產生斑痘、粗糙，甚至導致各類癌癥等，還有可能造成男女生殖能力下降、婦女易患月經紊亂、流產、畸胎等。
其他影響
光也是電磁波，包括可見光、紅外線、紫外線等，自然光主要來自太陽輻射。可見光由不同顏色的單色光混合而成，其生物效應按顏色而異。紅光可引起血液白細胞總數和嗜酸性粒細胞減少，可以改善生長代謝，降低血糖，促進卵巢黃體形成。藍紫光是紅橙光生理作用的拮抗物，能防止胰島素低血糖癥，能漂白血液中的膽紅素治療新生兒黃痘。藍光具有鎮靜作用而紅光則相反，黃光的生物效應如同紅光，綠光的作用與藍光相同。可見光的不良生物效應多見于接觸高強度的人工光源，引起視力下降。
紫外線可被酪氨酸和色氨酸吸收生成黑色素，適量的紫外線照射可預防小兒僂病的發生。但過度的紫外線暴露能引起皮膚損傷，表現為日照性皮炎、色素沉著、光變態反應以及皮膚癌等此外，紫外線可抑制免疫細胞引起免疫系統功能低下，作用于眼可引起急性角膜結膜炎，嚴重者可導致白內障。
紅外線的生物效應主要是熱效應，被機體吸收后引起體溫升高，局部或全身血管擴張，血流速度加快促進新陳代謝和細胞增生，有消炎和鎮痛作用。紅外線對皮膚損傷表現為熱紅斑，嚴重時可導致皮膚燒傷，在角膜則引起不可逆性角膜渾濁。
防護
對于輻射防護，一般是說要遠離電離輻射等高強度的輻射危害，例如，強烈的紫外線照射需要做好物理防曬，穿著防曬服等，對于較高能量的核輻射、電離輻射等，需要盡量待在建筑物內，生活中常見的輻射一般在醫院放射科，所以盡量不要在放射科走廊內長期逗留。國際輻射防護委員會（ICRP）制定了相關核輻射（電離輻射）防護標準。規定職業工作人員的有效劑量限值為連續5年內平均每年不超過20毫希，公眾個人則規定連續5年內平均每年不超過1毫希。
應用
電磁波有廣泛的應用，無線電用于通信，微波多用在雷達或其他通信系統，紅外線用于遙控、熱成像儀、紅外精確制導導彈等，可見光是大部分生物用來觀察事物的基礎，紫外線有顯著的化學效應和殺菌消毒作用，X射線用于對人體的透視和工程上的探傷，y射線具有很強的穿透能力，用于探傷、厚度測量和醫學治療。
工業領域
在工業領域中，無線電用于工業場景通信，例如地面、水面或水下作業通信等；紫外線可以進行工業測距，利用X、射線作零件探傷與自動控制等。
醫療領域
醫療領域中，較高頻率的電磁波都有廣泛的應用，紅外線成像可根據人體的熱量診斷疾病，紅外線治療儀可以利用紅外線熱效應治療風濕性關節炎等頑固疾病；紫外線可以醫用消毒；X射線利用X射線的穿透性和人體組織的吸收差異，可以進行影像診斷和放射治療，如X光照片。
軍事領域
在軍事上，無線電波用于衛星地面通信、地面中繼通信、成像雷達、遠程制導等；微波用于空間和海事導航，飛機，導彈、空間飛行器的檢測和跟蹤。導彈制導、導彈和火炮的點火控制，武器保險、偵察等；紅外制導的導彈是可以跟蹤飛機尾部熱量的導彈，如著名的AIM-9響尾蛇導彈；γ射線可用于軍工的武器制造等。
民用領域
在人們的日常生活中或民用工程中，電磁波有著海量的應用，首先，無線電波可以用于日常寬帶移動通信、傳真、導航、GPS、衛星和空間通信等待；其次，微波可以在公眾應用中用于機場監視、海上導航、氣象雷達、測量學、飛機著陸、夜間防盜以及日常食物加熱等等；紅外線常用于如高溫殺菌、紅外線夜視儀、監控設備、手機的紅外口、賓館的房門卡，汽車、電視機的遙控器、洗手池的紅外感應、飯店門口的感應門等。家庭中常用的紅外線燃氣灶具有高效節能、環保健康、清潔衛生、安全可靠的優點，紅外加熱取暖技術、紅外線熱水系統，都是民用產品；可見光是所有生物用來觀察事物的基礎，通過光學原理，人們研制出許多的儀器，如顯微鏡、望遠鏡、照相機等等；紫外線殺菌已廣泛用于食品店、食品加工廠等的空間殺菌及飲料、無菌水的生產。
科學研究
在科學研究中，微波用于天文學繪圖及成像、精密距離測量、自然資源遙感等；紅外測距儀以紅外線作為載波的一種測距離的儀器；紫外線的能量進行殺菌和菌種誘變；在材料科學領域可以利用X射線衍射分析材料的晶體結構、相組成、應力狀態等。
參考資料 >
麥克斯韋方程進化史.海南大學信息與通信工程學院.2023-10-20
電磁學、磁電學與磁電子學.中國物理學會期刊網.2023-12-15
電磁學與電動力學.科學文庫.2023-12-15
X射線的特性及應用.中國科學院.2023-05-12
【法規標題】放射衛生防護基本標準（ＧＢ４７９２—８４） .elinklaw.2023-08-17