電磁放射

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私たちは光の助けを借りてさまざまな物体を見ることができます。放射線の助けを借りて、私たちは「スマートフォン」を通じて遠く離れた場所から互いに通信することもできます。しかし、この「放射線」や「光」が実際は何なのか疑問に思ったことはありませんか?。それは何から構成されていますか?。この「放射線」または「光」は、実際には「電磁放射線」です。「電磁気」という用語は、「電気」と「磁気」という 2 つの単語を組み合わせたものです。また、「電磁気」という用語は、「電場」と「磁場」の関係を示しているとも結論付けることができます。「放射線」という用語は「波」として考えることができます。「波」とは、空気などの媒体における乱れである物理現象です。媒体は固体、液体、気体、電場、磁場のいずれかになります。

まず最初に「電界」の性質について説明します。これは、別の荷電粒子の領域に置かれた荷電粒子が受ける力の一種です。荷電粒子は「正」または「負」のいずれかになります。ここでは、別の荷電粒子の場内に置かれた荷電粒子の例を示します。荷電粒子は別の荷電粒子によって生成される力を受けます。この力は「電界」と呼ばれ、「正」または「負」の電荷によって発生します。荷電粒子が加速すると、「電場」に変化が生じます。この電場の変化により「磁場」が発生します。磁場も電場と同様の力です。

磁場が変化すると電場も発生します電場と磁場は本質的には一貫していると言えます。これらの変化する電場と磁場により、「電磁放射」が発生します。「電磁放射」は、変化する「電場」と「磁場」で構成される「電磁波」の形で空間または物質媒体を通じて伝播するエネルギーの一種です。両方の場のコヒーレントな性質により電磁波が生成されます。このような波では、電場は磁場に対して垂直になります。これらは「横波」の形で伝わります。簡単に言えば、電磁放射は、前進する電界と磁界の乱れの形で伝播するエネルギーであると言えます。

ここで、「電磁放射」の特性について説明します。電磁放射は二重の性質を示します。粒子状の性質を示し、波のような性質を示します。波の性質に関しては、横波の形で伝わります。横波は特別な特性を示します。波長は、波の隣接する 2 つの上部セクション間の距離です。隣接する 2 つの下部セクションの距離を測定することによってこれを測定することもできます。これらは波形の山と谷と呼ばれます。この図は波の波長を示しています。この波長は電磁波によって異なります。波の長さによって放射線の周波数も決まります。

周波数は、単位時間内に固定点を通過する波の数です。たとえば、図のボックスを単位面積として考え、1 秒間に 1 つの波がそのボックスを通過するとします。したがって、その周波数は 1 Hz です。 2 番目の例では、1 秒間に 2 つの波が単位面積を通過します。したがって、その周波数は 2 Hz です。周波数はヘルツで測定され、Hz と略されます。 1秒あたりのサイクル数を意味します。簡単に言えば、1秒間に単位面積を通過する波の数と言えます。

周波数の数式は次のようになります。この式では、「v」は「周波数」、「c」は「電磁波の速度」、「λ」は「波長」を表します。この式から、周波数「v」は波長「λ」に反比例することがわかります。つまり、波長が長くなるほど、周波数は小さくなります。例を使ってこれを理解してみましょう。

図では、単位面積を通過するときに最初は波長が大きいことがわかります。波が単位面積を通過するのにかかる時間は1秒です。 1 秒間に単位面積を通過する大きな波は 1 つだけなので、「周波数」は 1 Hz であることがわかります。しかし、単位面積を通過する波の長さを短くすると、1 秒間に 2 つの波が単位面積を通過していることが観察できます。周波数は2Hzになりました。そのため、波長は短くなり、周波数は 1 Hz から 2 Hz に増加しました。

示された式で「c」が何であるかを見てみましょう。これは「電磁」放射の速度を表します。それは一定です。あらゆる電磁放射の速度は 299,792,458 m/s で、これはおよそ 3×10⁸ m/s です。光は電磁放射と考えられています。電磁波の速度は波長や周波数の変化の影響を受けません。電磁波のエネルギーの変化によって変化することはありません。

「電磁放射」の速度は、「星間距離」を測定する単位として使用されます。たとえば、太陽からの放射線が地球に到達するまでにかかる時間は約 8 分です。「太陽」と「地球」の間の距離は 8 光分であると言えます。「1 光年」とは、光または「電磁放射」が 1 年間に移動する距離です。

電磁放射は、光子と呼ばれるエネルギー粒子の観点から説明することもできます。光子は量子化されたエネルギーの塊です。つまり、それらは離散的な量のエネルギーとしてのみ存在するということです。彼らのエネルギーは、図のように表現されます。この式では、E は光子の「エネルギー」、h は「プランク定数」、v は「周波数」を表します。

「周波数」と「電磁波の速度」と「波長」の関係を学びました。周波数の値「v」を「エネルギー」の式に代入することができます。それを実行すると、示されている方程式が得られます。 E は光子のエネルギーです。 C は電磁放射の速度です。 h はプランク定数です。光子のエネルギーはジュール単位で測定されます。

式からわかるように、エネルギーは波長に反比例します。これは、電磁波の波長が短いほど、そのエネルギーが大きくなることを意味します。また、高エネルギー光子は低エネルギー光子に比べて波長が短く、周波数が高いとも言えます。

電磁波は「波長」、「周波数」、「エネルギー」の違いにより、さまざまなタイプに分類できます。これらの異なるタイプの「電磁放射」は、「電磁スペクトル」の形式で表現されます。「電磁スペクトル」は、これらのさまざまな「電磁放射」を示します。波長は 10³m の長波長から 10⁻⁵nm の短波長まであります。これらの長い電磁放射は電波です。短いものはガンマ線です。したがって、電磁放射線は「電波」から「ガンマ線」までの範囲にわたります。

電磁波は以下の領域に分類されます。「ガンマ」線は、最も短い波長を持つ非常に高エネルギーの電磁放射線です。周波数は 30 × 10¹⁸Hz を超えます。非常に高いエネルギーのため、物質への浸透力が非常に強いです。これらの放射線は原子核崩壊によって生成されます。ガンマ線は「照射」のプロセスでも使用されます。「放射線照射」とは、生きた微生物を殺し、細菌から食品を保護することです。

「X線」の周波数範囲は30 × 10¹⁵ Hzから30 × 10¹⁸Hzです。これらは「紫外線」よりもエネルギーが高いですが、ガンマ線と比較するとエネルギーは低くなります。ガンマ線は「原子核」から放射され、X線は電子から放射されます。「X線」は非常に高エネルギーの光子です。このため、原子内の電子を励起し、イオン化することができます。これらは「電離放射線」としても知られています。これらの放射線は「化学結合」の変化を引き起こす可能性もあります。「電離放射線」の利点は、物体の内部を透過できるため、医療診断に使用できることです。一例としては、上半身の「X線撮影」に使用が挙げられます。

電離放射線は癌の治療に使用できます。これらの放射線はエネルギーが高く、化学結合を変化させることができるため、癌細胞を殺すために使用することができます。電離放射線の欠点は人体に有害な影響を与えることです。イオン化の性質により、生物の遺伝物質に重大な損傷を与える可能性があります。これらの放射線が DNA に及ぼす重大な害が図に示されています。観察できるように、電離放射線は DNA に直接的および間接的な影響を及ぼします。これらは DNA 内の原子を直接イオン化し、深刻な害を引き起こす可能性があります。一方、これらの放射線は水をイオン化し、 OH⁻イオンと H₃O⁺DNAに害を及ぼす可能性のあるイオン。

紫外線は「X線」よりもエネルギーが低いです。周波数範囲は 8 × 10¹⁴ ～ 3 × 10¹⁶Hz です。「紫外線」は太陽から発せられ、肌に深刻なダメージを与えることもあります。しかし、これらの放射線のほとんどは、大気中の「オゾン」層によって除去されます。 X線、ガンマ線、紫外線は人間の目には見えません。これは、300nm～400nmの波長範囲の放射線しか見ることができないためです。人体に対する紫外線の利点の 1 つは、紫外線によって体内で「ビタミン D」が生成されることです。

「可視光線」の波長範囲は380nmから750nmです。これらの放射線は可視であるため、波長に基づいてこれらの放射線のさまざまな色を見ることができます。可視スペクトルの色の範囲をここに示します。これらの放射線は「光ファイバー通信」や「写真撮影」に使用できます。さらに、これらの放射線は、遠くの星から来る場合、天体物理学によって星の性質を測定するために使用されます。

赤外線は可視光線よりも広い波長範囲を持っています。それらは人間の目には見えません。「赤外線は分子によって吸収されたり放出されたりします」。したがって、それらは分子の構造を決定するために使用することができます。これらの放射線は、遠くの星や物体の性質を観察するための「暗視」や「天文学」で使用されます。これらの放射線は熱を発生するため感知することができます。

マイクロ波の波長範囲は30cmから1mmです。周波数が非常に低いです。加熱特性があるため、電子レンジで食品を調理するために使用されます。「電波」は「電磁スペクトル」の中で最も長い波長を持ちます。これらは「ナビゲーション」や「ラジオ放送」に使用されます。波長範囲は1mmから100kmです。

原子の電子エネルギーレベル - はじめに

電磁放射

電場の性質。 電磁放射。 周波数と波長。 光子。 ジュール。 電磁スペクトル。 可視光線。 紫外線。 赤外線。 電子レンジ。

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