電磁波とは：物理学解体新書

電磁波とは

目に見える光(可視光)、電波、赤外線、紫外線、Ｘ線などを総称して電磁波と呼ぶ。
光も電波もＸ線も互いに違うものに思えるが、これらはすべて「電場と磁場が交互に発生して伝播していく波」という共通点を持つ。
電磁波とは、「電場と磁場が交互に発生して伝播していく波」のことなのだ。

波の山の頂点から次の山の頂点までの距離を波長、1秒間に波が繰り返す回数を周波数と言う。
周波数と波長は反比例の関係にある。
周波数が高いと波長は短くなり、波長が長いと周波数は低くなる。

電磁波は波長ごと(周波数ごと)に違う名前で呼ばれている。
波長が約0.4～0.8μmの範囲であれば、その電磁波は「可視光」である。
100～1000mの範囲であれば、それはAM放送で使用される電波(中波)だ。

電磁波は長い波長(低い周波数)から短い波長(高い周波数)にかけて、

ラジオ波→マイクロ波→テラヘルツ波→赤外線→可視光線→紫外線→Ｘ線→ガンマ線

と名前が変化する。
つまり、これらの名称は電磁波を波長ごと(周波数ごと)に分けた呼び方なのだ。

これらの名称は、利用分野・研究分野によって異なる場合が多々あるので注意を要する。

なお、ガンマ線は電磁波であるが、アルファ線、ベータ線は電磁波ではない。
アルファ線はヘリウムの原子核、ベータ線は電子だからだ。
空気の振動波である音波も電磁波ではない。

電磁波は波長によって、その特長が大きく違ってくる。
X線は物体を透過することができるので、X線検査やレントゲン装置に利用される。
ところが、可視光は物体を透過することができない。
このように、電磁波と一言でいいながら、波長ごとに物体・人体への作用、性質がまるで異なるのである。

「電磁波は人体に有害である」と表現される場合がある。
紫外線やエックス線は発ガン作用があるためこの表現は正しい。
しかし、可視光には(顕著な)害毒はない。

つまり、電磁波のすべてが有害ではないのだ。
「一部の電磁波は人体に有害である」がより正確な表現である。

電流が流れると、その周囲に磁場が発生する。
磁場が変化すると電流が生じる。
このように電場と磁場は相互に密接な関係を持っている。

このような電場と磁場の関係を方程式としてまとめた人物が物理学者のマックスウェルだ。
マックスウェルの方程式は4つでワンセットとなっている。
これらを組み合わせると、「電場と磁場が交互に発生して、空間を伝播していく見えない波があるはずだ」という結果が導きだせる。これが電磁波である。

電場の変化によって磁場を生み、生まれた磁場の変化によって電場が発生する。
電場と磁場が相互に相手を発生させながら進んでいく現象が電磁波なのだ。

電磁波は、マックスウェル方程式によって理論的に予測された。(1864年)
この理論的な予測をヘルツが実験によって確かめ、電磁波の存在が明かになったのだ。(1888年)
その後、光速が測定されると、その値が電磁波の速度と一致していたことから、可視光も電磁波の一種であることが認識されるようになった。

2007/06/14