5.2: 電磁波スペクトル

電磁波

電場と磁場の周期的な振動として空間を伝わるエネルギー、すなわち放射は電磁波として知られています。 (図⑭)。 電磁波の一部を図(㊦)に示します。 真空中では、マイクロ波も可視光線もガンマ線も、すべての電磁波が光速(c)で進みます。これは、真空中のすべての電磁波が進む速度で、基本物理定数の値は2.99792458 × 108 m/s (3.00 × 108 m/s または 1.86 × 105 mi/s) となっています。 これは音速の約100万倍の速さです。

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Figure \(\PageIndex{2}): 電磁波の性質

電磁波はすべて電場と磁場が垂直に振動しているもので、速度が同じなので波長と周波数だけが異なる。 身近な電磁波の波長は、図㊦と表㊦にあるように、電波の101mから核反応で放出されるガンマ線の10~12mまであり、その波長と周波数が異なるだけです。 例えば、電波の周波数は約108Hz、ガンマ線の周波数は約1020Hzであり、電磁波の周波数と波長が反比例することが下の式でわかる。 人間の目で感知できる電磁波である可視光は、約7×10-7m(700nm、4.3×1014Hz)~4×10-7m(400nm、7.5×1014Hz)の波長を持っています。 周波数が高くなると波長は短くなり、定数であるcは変化しないことに注意してください。 6062>

5.2.1式と光の速さ(単位付き)を覚えておいてください。 さらに、電磁スペクトルのどの辺が致命的なのかを知っておくことも重要です。

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Figure ㊦(㊦㊦㊦㊦)です。 電磁波のスペクトル (a)電磁波の波長と周波数の範囲を示した図です。 可視光領域は波長が約400~700nmの狭い領域です。 (b)白色光をプリズムに通すと、波長の異なる光に分離され、その色が可視光線に相当します。 電磁波の波長単位

単位 記号 波長(m) 放射線の種類

単位 ピコメーター pm 10-12 ガンマ線 ナノメーター nm

10-9

x- マイクロメートル μm 10-6 赤外線 ミリメートル mm 10-3 赤外線 10-6 cm 10-2 microwave m 100 radio

光もエネルギーのパッケージとして振舞うのである。 光は、エネルギーの「パッケージ」のエネルギーがその周波数に比例することが分かっています。

可視光は基本的に肌に無害ですが、400nm以下の波長の紫外線は、日焼けという形で肌に大きなダメージを与えるほどのエネルギーを持っています。 オゾン層は波長350nm以下の太陽光を吸収するため、高エネルギーの紫外線の害から私たちを守ってくれています。 周波数とエネルギーの関係を知っておく必要があります。 また、短波長の放射線は高いエネルギーを伴うことを認識してください。

電磁波のエネルギーは、周波数が高く、波長が短くなるにつれて大きくなります。

例題 ㊙️波長が5.55×10-7 mのとき、光の周波数は何mか? 式の両辺を5.55×10-7 mで割ると

分母にsが残るので、mの単位が打ち消されていることに注意してください。 分母の単位は-1乗-s-1で表し、per secondと読みます。55 × 1010 s-1?

回答

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例題 ㊦波長988 nmの光の周波数を計算しなさい。 この放射線は電磁波スペクトルのどこに現れますか?

答え

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