簡単でわかりやすい！電波や光の正体である電磁波とは？種類やメカニズムについて理系学生ライターが3分で詳しく解説

ライター／通りすがりのペンギン船長

現役理系大学生。環境工学、エネルギー工学を専攻しており、物理学も幅広く勉強している。塾講師として物理を高校生に教えていた経験から、物理の学習において、つまずきやすい点や勘違いしやすい点も熟知している。

電磁波について詳しく学ぼう！

今回の記事のメインテーマは「電磁波」です。電磁波は直感的に現象のメカニズムを理解することはできません。そのため、電磁波という言葉を聞いたことはあるが、詳しい内容は全然知らないという方も少なくないでしょう。

そこで本記事では、電磁波の正体について物理学の視点で詳しく説明することにしました。具体的には、メカニズムや種類といった観点から電磁波について考察していきますよ。ぜひ最後まで記事を読んでみてくださいね。

電磁波とは？

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電磁波とは、電場と磁場の変化が空間中を伝搬する現象のことを指します。名前に波という字が含まれていることからもわかるように、電磁波は波動としての性質をもちますよ。

それゆえ、屈折・反射・回折・干渉・散乱などの波動特有の現象を観測することができます。このように聞くと電磁波という存在は身近でないように思われますが、実は光や携帯電話の電波も電磁波の一種です。

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電磁波のメカニズム

電場と磁場の変化が空間中を伝搬するという電磁波のメカニズムをもう少し詳しく考えてみましょう。電場がある場所には電流が存在し、電流の周りには磁場が発生しますよね。そして、磁場が発生すると、その周りには電磁誘導によって電流が流れ電場が発生します。

このように、電場と磁場が交互に発生し、この連鎖は空間上に拡散されていきますよ。実はこの現象こそが電磁波のメカニズムなのです。

電磁波の二面性

先ほどから、電磁波は「波動」であることを何度も述べてきました。ですが、電磁波は「粒子」としての性質も持ち合わせています。つまり、電磁波は小さな粒が飛んでくる現象としても解釈できるということです。

電磁波の粒のことを光子と呼ぶことがあります。電磁波が粒子であると解釈しない場合、コンプトン効果や光電効果などの物理現象の説明がどうしてもできないのです。

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電磁波の種類

ここまで、電磁波の正体とメカニズムについて深堀りしてきました。続いて、本チャプターでは電磁波の種類について考えていきます。電磁波は波長の長さによって分類することができるのです。

波長の長い順に電波・赤外線・可視光線・紫外線・X線・ガンマ線となります。今回は、それぞれの種類の電磁波がどのようなものであるかを詳しく説明しますね。そして、それぞれの電磁波が人間社会の中でどのように活用されているのかという点についても考えてみましょう。

1.電波

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波長が最も長い電磁波は「電波」に分類されます。具体的には波長が1mmを超えるような電磁波は電波として扱いますよ。電波の中でも、電子レンジのマイクロ波や携帯電話の5G通信などは比較的波長が短く、テレビ放送やラジオ放送に用いられる電波は波長が長くなっていますよ。

また、宇宙や海底との通信に利用される電波は超長波と呼ばれ、波長は最大で10km程度に及びます。波長が長いほど、遠くまで電波を届かせることができるので、以上のような波長が選択されているのです。

2.赤外線

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「赤外線」は1mmから1μm程度の電磁波のことを指します。赤外線は目には見えませんが、光の一種でもありますよ。人間社会では、赤外線は通信やセンサーと言った分野を中心に活躍しています。

赤外線が用いられている最も身近な技術はリモコンです。リモコンは家電製品に向けて赤外線の信号を発しています。この信号を家電製品が受信することで、遠隔操作が可能になっているのです。

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3.可視光線

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「可視光線」は1μmから100μm程度の電磁波のことを指します。可視光線とは人間の目に見える光のことですよ。可視光線は波長の長い順に赤色・橙色・黄色・緑色・青色・藍色・紫色の順に並んでいます。これは虹の配色順と同じですよ。

可視光線は、スマートフォンのディスプレイから照明に至るまで人間が光っていると認識できるものすべてに関係があります。電磁波の中でも、可視光線は最も身近なものであると言えますね。

4.紫外線

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波長が100μm程度より小さくなると、人間の目は光を認識できなくなります。この帯域に存在する電磁波が「紫外線」です。紫外線は太陽光線に含まれており、日焼けの原因になることが知られていますよね。日焼け止めの宣伝文句にUVカットというフレーズがありますが、UVは紫外線のことを表していますよ。

ですが、紫外線は人間にとって役に立つ存在でもあります。紫外線には殺菌作用があるからです。実際、大型ショッピングモールや病院などの換気設備には、紫外線ライトによる殺菌装置が含まれていますよ。