周波数の違いによる電磁波(Electromagnetic Waves)の分類

2022/05/11

電磁波 放送・通信

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周波数・波長の違いによる電磁波の種類

種類 周波数(Hz) 波長 利用例
電波
(非電離放射線)
超長波(VFL) 3×103~ 
100km 電磁調理器
長波(LF) 3×104
10km 船舶・航空機用通
中波(MF) 3×105 1km AM 放送
短波(HF) 3×106 100m アマチュア無線
超短波(VHF) 3×107 10m FM 放送
マイクロ波極超短波(UHF) 3×108 1m 警察・消防通信 テレビ放送
センチ波(SHF) 3×109 10cm 電子レンジ 携帯電話
ミリ波(EHF) 3×1010 1cm レーダ
サブミリ波 3×1011 1mm 光通信システム
(太陽光) 赤外線・遠赤外線 3×1012 1/10mm 赤外線ヒーター
可視光線 3×1013 1/100mm 光学機器
紫外線 3×1015 1/10,000mm 殺菌灯
放射線
(電離放射線)
エックス線(x線) 3×1016 1/100,000mm 材料検査 レントゲン写真
ガンマ線(γ線) 3×1018 1/10,000.000mm 医療

電磁波
DECHAMMAKLCC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

電磁波(Electromagnetic Waves)

光や電波のように、電場と磁場の振動が互を誘導し合って空間を伝わる波。
荷電粒子が力を受けて 加速度運動する場合や、原子中の電子のエネルギー状態が変化する際に発生する。電磁波は空間内で電場と磁場そのものが振動する現象で、媒質がなくとも空間を伝わり、エネルギーを運ぶ。電磁波は横波で、電場と磁場の振動方向は互いに直交しており、波はその両者に直交する方向に進む。
振動する波が1秒間にいくつ存在するかを「周波数」で表し、波が1回振動したときの距離を「波長」で表す。この周波数(波長)により電磁波の性質が異なる為、周波数により分類されている。周波数と波長には相互関係がある為、周波数で表現されるものは波長に置き換えて表現される場合もある。

周波数が高い周波数が低い は 波長が短いー波長が長い

に対応している。

波長=光速(約30万km/s)/周波数  の関係がある。

媒質中を電磁波が伝わる速さvは真空中の光速度cより遅く、c/νで媒質の屈折率が定義されている。電磁波は、波長によって性質が変わり、また物質との相互作用の仕方が変わるので、波長帯毎に異なった名前で呼ばれることが多い。波長の短い方から順に、ガンマ線、X線、紫外線、可視光(可視光線)、赤外線、電波と呼ばれる。
電磁波は、波動としての性質(波動性)と粒子としての性質(粒子性)を併せ持つ。波長が長いほど波動性が、短いほど粒子性が顕著になる。 粒子としての電磁波を光子と呼ぶ。電磁波の振動数 ν と光子1個が運ぶエネルギー E の間には E = hν [J· s]という関係がある。ここで h はプランク定数(h=6.62606896×10-34)である。すなわち、振動数の高い(波長の短い)電磁波ほど光子のエネルギーが高い。電磁波を特徴付ける場合、ガンマ線やX線など波長の短い電磁波は、波長ではなくエネルギーで、また波長の長い電波は、波長ではなく振動数で表すことが多い。中間の可視光や赤外線は波長を用いることが多い。

「電離放射線」と「非電離放射線」の分類

紫外線の一部やX線とγ線などの周波数がおおよそ3000THz 以上の電磁波は、エネルギーがとても大きく原子や分子に直接作用することができ、原子の中から電子を弾き飛ばす電離(イオン化)作用を引き起こす。このため、電離放射線とも呼ばれる。電離した原子によって遺伝子が傷つけられることが分かっており、人体に有害な事が知られている。
一方、電波は3THz以下と周波数が低く、原子の中から電子を弾き飛ばすエネルギーを持たないため、X線とγ線のような電離作用を引き起こすことはない。このため、電波を含む3000THz以下の電磁波は非電離放射線とも呼ばれる。

超低周波電磁界とは

商用周波数(50/60Hz)の電磁波は超低周波(ELF:Extremely Low Frequency)電磁界とも呼ばれる。

超低周波(ELF)電磁界の波長は6,000km/5,000kmと地球の半径ほどの長さなので、例えば送電線の近くでも電波などとは異なり波の性質が非常に小さくなる。このため超低周波(ELF)電磁界の電界、磁界の領域については、電波とは別の安全基準が制定されている。

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自己紹介

自営無線通信のエンジニアをしていました。現在はコンピュータ系。理科っぽいものが好きなので、電子工作、BCL、アマチュア無線、RCカー、カブトムシ、金魚、熱帯魚、自作コンピュータ、カメラ、ドローンなど一通り通過しております。 現在は、飛ぶものと昔のものに興味があります。

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