イントロ
電磁波と情報・エネルギー
名前は違っても、一続きの波
放送や通信の電波、赤外線、目に見える光、X線などはすべて電磁波です。真空中を同じ速さで進み、振動数と波長の違いが物質との関わり方や用途を変えます。
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定義
電磁波
- 教科書では
- 電気と磁気の変化が空間を伝わり、情報やエネルギーを運ぶ波です。音と異なり真空中でも進みます。
- 言いかえると
- 電波、マイクロ波、赤外線、可視光、紫外線、X線、ガンマ線は境界をもつ別々の物質ではなく、波長・振動数が連続的に変わる同じ種類の波です。用途は一つに限定されません。
公式
真空中の電磁波
速さ・振動数・波長
c=fλ
真空中では電磁波の速さcは約3.0×10⁸ m/sです。
- c真空中の光速
- f振動数。単位はHz
- λ波長。単位はm
使うときのコツ
c一定なので、fが大きいほどλは短くなります。
解くコツ
用途名から暗記するだけでなく、波長の長短・振動数の大小・物質との関わりを一緒に読みます。
比較
| 領域 | 相対的な波長 | 一般的な利用例 |
|---|---|---|
| 電波・マイクロ波 | 長い側 | 通信・放送・加熱 |
| 赤外線・可視光 | 中間 | 温度検知・照明・撮像 |
| 紫外線・X線・ガンマ線 | 短い側 | 分析・撮像・処理 |
領域電波・マイクロ波
- 相対的な波長
- 長い側
- 一般的な利用例
- 通信・放送・加熱
領域赤外線・可視光
- 相対的な波長
- 中間
- 一般的な利用例
- 温度検知・照明・撮像
領域紫外線・X線・ガンマ線
- 相対的な波長
- 短い側
- 一般的な利用例
- 分析・撮像・処理
区分の境界や用途は重なるため、一本の連続帯の上で相対的な位置を捉えます。
手順
関係を読む手順
- 1
真空中の速さcを一定とする
- 2
振動数fと波長λが逆向きに変わると読む
- 3
スペクトル上の相対的位置を確認する
- 4
用途は物質との関わりと必要な機能へ結び付ける
例
- 場面
- 真空中で振動数1.0×10⁸ Hzの電磁波の波長を求める。
- 順に考えると
- λ=c/f=(3.0×10⁸)/(1.0×10⁸)=3.0 mです。振動数を10倍にして速さが同じなら、波長は1/10の0.30 mになります。
- ここが結論
- 波長は3.0 mです。
注意
音波と同じ媒質条件にしない
確認
計算確認
Q1
真空中で振動数が2倍になった電磁波の波長はどうなりますか。
確認
性質の確認
Q1
電磁波について適切な説明はどれですか。
まとめ
まとめ
- 1
電磁波は真空中も情報とエネルギーを運ぶ
- 2
真空中ではc=fλ
- 3
高振動数ほど短波長
- 4
電波からガンマ線まで一続きのスペクトル
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