電磁波

I

プロローグ

電場と磁場(→ 電磁気学)、あるいは電気力線と磁力線が時間とともに変化すると、空間を遠くまでとどく波が発生する。この波を電磁波という。光や電波も電磁波である。

II

電磁波の仕組み

電磁誘導によってコイルに起電力(→ 電気)が生ずるのは、コイルをつらぬく磁束が変化して空間に電場が生じたためであり、そこにコイルがあるかないかには関係がない。

直線の導線に電流をながす場合を考えてみよう。直流電流の場合、導線のまわりに強さ一定の磁場が生ずるだけであり、電流を0にすれば磁場もきえる。しかし交流電流の場合は、電流の変化にしたがって導線のまわりにできる磁場も変化し、この磁場の変化によって電場が発生する。

このように電場と磁場がたがいの変化で発生し、先にできた電場と磁場は次々に外側へおしだされていく。こうして振動電流がながれると、まわりに電場と磁場ができ、それらが変化(振動)しながら、ともに原因となり結果となって空間をつたわる。これが電磁波である。

電場と磁場の振動面はたがいに垂直であり、それぞれの振動面が電磁波の進行方向とも垂直になる。これは電磁波が横波であることをしめしている。電磁波は、回折や干渉をし、反射の法則と屈折の法則にしたがう。

電磁波は媒質を必要としない。すなわち、真空中でもつたわる。太陽光線が地球にとどくのが何よりの証拠であり、地球に生物がすめるのも電磁波が媒質を必要としないことによっている。一方、太陽の熱核融合反応によって生じた音波は真空中をつたわることができず、地球にとどくことがない。そのため人間は安心して睡眠をとれる。

III

電磁波の種類

電磁波は、波長の違いによっていろいろに分類される。光(可視光線)は波長が380～770nm(ナノメートル：1nmは100万分の1mm)と、きわめて狭い波長領域の電磁波の一種である。これより波長が短い電磁波が紫外線(15～400nm)、X線(0.01～100nm)、ガンマ線(0.01nm以下)であり、波長が長い電磁波が赤外線(770nm～1mm)、電波(0.1mm以上)である。短い波長のものほど透過力が強く、長い波長のものほど回折や干渉がいちじるしい。

無線用電磁波はとくに電波とよばれている。電波は光と同様に反射・屈折・回折をおこなうが、波長が短いほど指向性が強く、波長が長いほど回折効果が大きくなる。短波長のテレビ電波は障害物の後ろにまわりこめないのでアンテナが必要だが、長波長のAMラジオ電波は障害物の後ろに容易にまわりこむことができる。

IV

電磁波の発見

19世紀後半、イギリスの物理学者マクスウェルが、電磁場の基礎方程式(マクスウェル方程式)を研究していて電磁波の存在に気づいた。計算の結果、電磁波の速さが光の速さに一致するとわかり、光波が電磁波であるという光の電磁波説をとなえたのである。それをうけてドイツの物理学者ヘルツは、電気火花をつかって電磁波を発生させる実験をおこなった。これにより、マクスウェルの正しさが証明された。→物理学の「マクスウェルの方程式」

→ 電磁波障害(電子機器)