電磁放射は、電波、可視光、ガンマ線などの電磁波を構成する電界および磁界の形をした、自由空間または固体媒体を光速で移動するエネルギーです。 .電場と磁場の時間変動の強度と周波数 v が電磁波を定義します。
電磁気学の理論
以前は、1 つは電気で、もう 1 つは磁気という 2 つの用語は、別個の特性と見なされていました。スコットランドの物理学者マクスウェルは、1873 年に電磁気学の独自の理論を考案しました。電磁気学とは、荷電粒子が磁場の影響を受けることを示すプロセスです。
電磁相互作用
電磁相互作用は主に 4 つのカテゴリに分類されます:
電荷間の距離の 2 乗によって、電荷間の引力または反発力が決まります。
磁石の極は対になっており、電荷のように互いに引き付けたり反発したりします。
ワイヤを流れる電流は、電流の方向によって方向が決まる磁場を生成します。
磁場は動いている電場によって作られ、その逆も成り立ちます。
電磁放射の発生 - メカニズム
電子などの荷電粒子が速度を変えるとき、つまり加速または減速すると、電磁放射が発生します。荷電粒子は、このプロセスの結果として生成された電磁放射のエネルギーを転送し、「フォトン」として知られる光エネルギーの束を形成します。
ラジオ アンテナの振動電荷または電流は、電磁放射の生成の一般的な例です。光子として知られる質量のない「光の粒子」のエネルギーは、その周波数に比例します:
E=h x f
h はプランク定数、f は周波数、E は光子のエネルギー
h =6.62607×10-34 Js
h =4.13567x 1015 eVs.
電磁スペクトルの特性
電磁スペクトルには 3 つの重要な特性があります。彼らは
波長
頻度
振幅
連続する 2 つの波のピーク間の分離は、波長で測定されます。この測定単位はメートル (m) です。
特定の時間内に発生する波の数は、周波数として知られています。通常、ヘルツで表されます。これは、波によって生成される 1 秒あたりのサイクル数 (Hz) です。
短い波長は、より短い時間で 1 つのサイクルが流れることができるため、より高い周波数を意味します。同様に、各サイクルが完了するまでに時間がかかるため、波が長い波長ほど周波数が低くなります。
波の振幅、または垂直方向の高さは、その山から谷までの高さの半分です。特定の周波数を持つ波の振幅が上昇すると、そのエネルギーも上昇します。
図は電磁波の電磁波伝播方向を示しています
波の描写では、長さ (λ)、周波数 (ν、Hz でラベル付け)、および振幅がすべてこの図に示されています
電磁スペクトル
電磁放射には、広範囲の周波数と波長があります。電磁的なスペクトルは、この範囲を指します。波長が減少し、エネルギーと周波数の順序が増加する範囲に基づいて、電磁スペクトルは7つの領域に分割されます。
電波、
電子レンジ、
赤外線 (IR)、
可視光、
紫外線 (UV),
レントゲン、
ガンマ線。
X 線とガンマ線は高エネルギーの放射線であり、通常は光子あたりの放射線で測定されます。電波は通常、周波数に関して、エネルギーの低い放射として説明されます。周波数は、1 秒あたりのサイクル数、つまりヘルツで測定されます。波長はメートル単位で測定されます。エネルギーは電子ボルトで測定されます。 EM 放射を記述するためのこれら 3 つの量のそれぞれは、正確な数学的方法で互いに関連しています。
電磁スペクトルの応用
日常生活において電磁スペクトルのさまざまな用途があります。それらのいくつかは、
電波:これらは、電磁スペクトルで最も低い周波数を持つ EM 波で、周波数は最大 300 億ヘルツ (GHz) で、波長は 10 ミリメートル ( 0.4インチ）。ラジオは主に音声とデータの送信、および娯楽メディアに使用されています。
マイクロ波:電波と赤外線の間の EM スペクトルは、マイクロ波の下にあります。それらは、約 9 ～ 10 mm (0.4 インチ) から 100 マイクロメートル (m) (0.004 インチ) の範囲の波長を持ち、周波数は約 3 GHz から約 30 兆ヘルツ (30 テラヘルツ (THz)) の範囲です。マイクロ波は、レーダー、電子レンジ、高帯域幅通信、産業用アプリケーションで熱源として利用されています。
赤外線波:赤外線は、マイクロ波と可視光の間にある電磁スペクトルの一部です。 IR 波長は 100 m (0.004 インチ) から 0.00003 インチの範囲で、周波数は 30 THz から 400 THz の範囲です。赤外線は肉眼では見えませんが、強度が強ければ熱として感じることができます。
可視光:IR と UV の間で、可視光は電磁スペクトルの中間にあります。波長は 740 nm ～ 380 nm、周波数は 400 テトラ ヘルツ ～ 800 テトラ ヘルツ (.000015 インチ) です。広い意味での可視光は、人間の目の大部分で観測可能な波長を暗示しています。
紫外線:紫外線は、可視光と X 線の間にある電磁スペクトルの一部です。波長は約 381 nm から約 10 nm で、周波数は約 8 x 1014 から 3 x 1016 Hz です。産業用および医療用として幅広い用途がありますが、生きている組織に害を及ぼす可能性があります。
X 線:軟 X 線と硬 X 線は、それぞれ 2 種類の X 線です。紫外線とガンマ線の間の電磁スペクトルの領域は、軟 X 線として知られています。それらの唯一の違いは、それらの起源です。原子核はガンマ線を生成しますが、加速する電子は X 線を生成します。 X 線は医療用途で使用されます。
ガンマ線:ガンマ線は、軟 X 線のすぐ上のスペクトルにあります。ガンマ線の波長は 100 pm (4×109 インチ) 未満で、周波数は約 10×1018 Hz よりも大きい。慎重に調整された線量で限られた領域に送達されると、生きている組織はガンマ線によって損傷を受け、がん細胞の破壊に有益になります。一方、人間は制御されていない曝露に対して非常に脆弱です.
結論
電波、マイクロ波、X 線、ガンマ線はすべて電磁 (EM) 放射の例であり、私たちの身の回りに見られます。このコンテンツでは、電磁スペクトルの基本的な理論と概念、電磁スペクトルの例と応用について説明します。
