エネルギーにはさまざまな形があります。私たちは、エネルギーを作り出すことも破壊することもできず、さまざまな形に変換できるという事実をよく知っています。動いている物体には運動エネルギーがあり、細胞や電池などの物体には、位置エネルギーとして知られるエネルギーが蓄えられています。陽子や電子などの荷電粒子が静止している、つまり静的な場合、静電気力が発生します。これらの粒子が動くと、電磁場が生成され、これらの場は電磁放射と呼ばれる種類のエネルギーを輸送する役割を果たします。
電磁放射
毎秒約 3108 m の速度で伝わる電気的および磁気的な障害は、電磁放射として知られています。電磁放射は、量子として知られるエネルギー パケットで構成され、これらのエネルギー パケット内の粒子は光子として知られています。光子の静止質量はゼロです。
電磁波のいくつかの重要な特徴は次のとおりです:
<オール>電場と磁場の振動により、EM 波が発生します。電場と磁場の両方の成分は互いに垂直であり、同じ平面にあります。
EM 波を扱うときは、その周波数、波長、または波数を考慮します。
プランクの法則として知られる E=h は、電磁放射のエネルギーがその周波数に正比例すると述べています。
電磁放射は移動するのに媒体を必要としません。液体、固体、真空中を移動できます。
電磁波の特性の 1 つに分散現象があります。光がプリズムを通過するときに、その構成色に光が分割されることは、分散として知られています。
電磁放射に関する表現
<オール>周波数:ある固定点を 1 秒間に通過する波の数は、周波数として知られています。これは、1 秒あたりのサイクル数に相当するヘルツで表されます。頻度は期間で表すこともできます。つまり、f=1/T です。
波長:連続する 2 つの山と谷の間の距離は、波長として知られています。波長の SI 単位はメートルですが、通常、EM 放射の場合、波長はオングストロームまたはナノメートルで表されます。
波数:1 m の直線空間を通過できる波の総数を波数と呼びます。これは波長の逆数で、m-1 で表されます。
エネルギー:異なる放射線は異なるエネルギーを持ち、上記の法則、つまりプランクの法則を使用して計算できます。 E=h、ここで、h はプランク定数 (=6.62610-34 Js-1) です。
電磁放射の公式
上記のさまざまな用語の間には関係があります。それらの式を書きましょう。
波長を表す記号は(ラムダ)です。周波数と波長の関係を以下に示します。
λ=c/
c は光速です。
そして、は電磁放射の周波数です。
波長の SI 単位はメートルです。
線形周波数は f または (nu) で表されます。
v=c/λ
周波数の SI 単位は 1 秒あたりです。
波数は で表され、波長と波数の関係は
λ=1/λ
波数の SI 単位はメートルあたりです。
プランクの法則の周波数を計算する式を使用すると、次のようになります
E=hc/λ
エネルギーの SI 単位はジュールです。
ウィーンの法則では、最大放射の波長 =2900/ケルビンで表した物体の温度であると述べています。
E=T4 はステファン ボルツマンの法則で、=5.67037441910-8 watt/m2K4 です。
最後の問題でこれらの式を使用します。
電磁スペクトル
電磁波は、周波数または波長によって分類されます。可視光の波長範囲は ~400 nm から ~700 nm です。紫色の光の波長は約 400 nm で、周波数は 7.5 1014 Hz です。これらすべての波が電磁スペクトルを形成します。
EM波は、周波数または波長に基づいて分類されます:
<オール>電波:電波はすべての EM 波の中で最も波長が長いため、ラジオや放送局に最適です。ラジオ局、テレビ局、携帯電話会社はすべて、テレビ、ラジオ、または携帯電話のアンテナが受信する信号を運ぶ電波を生成します。電波は、宇宙の星やガスからも放出されます。
マイクロ波:マイクロ波は、EM スペクトルで 2 番目に低い周波数を持っています。その波長は電波よりもやや短いため、数センチメートルから 1 フィートまでの範囲です。マイクロ波は、オーブン、レーダー、医療診断用の電子画像処理、GPS などに応用されています。
赤外線波:これらの波は、EM スペクトルの低中周波数域にあります。赤外線の波長は、数ミリから微視的な長さまでさまざまです。短波長の赤外線はあまり熱を発生しないため、画像技術で使用されますが、長波長の赤外線は火や太陽から放出されます。
可視光線:私たちの目は、EM スペクトルのこの範囲でのみ見ることができます。物体に吸収される波長によって、その色が決まります。
紫外線 (UV 光線):紫外線は太陽から放出され、皮膚の日焼けや日焼けの原因となります。それらは可視光線よりもさらに短い波長を持っています。紫外線は、科学者が銀河の構造を学ぶのに役立つことが証明されています。
X 線:X 線は、波長が 0.03 ～ 3 ナノメートルの非常に高エネルギーの波です。それらは非常に優れた貫通力を持ち、ほとんどすべてのオブジェクトを貫通できます。 X 線の自然発生源には、パルサー、超新星、ブラック ホールなどの非常にエネルギーの高い宇宙現象が含まれます。 X 線は、体内の画像を作成するためのイメージング技術で一般的に使用されています。たとえば、骨の骨折を検出します。
ガンマ線:ガンマ線は、EM スペクトルで最も高い周波数と最も短い波長を持っています。それらは高い周波数のために非常に高いエネルギーを持っています。これらの波は主に、超新星やブラック ホールなどの最もエネルギーの高い宇宙物体から放出されます。ガンマ線は非常に強力であるため、生きている細胞を簡単に破壊することができます。医師は、ガンマ線イメージングを使用して人体の内部を調べます。
電磁放射の問題
<オール>体の温度は 1000K です。人体の最大放射の波長は?
解決策:この問題を解決するために、ウィーンの法則を使用します。
最大放射の波長 =2900 / ケルビンで表したオブジェクトの温度
最大放射の波長=2900/1000
=2.9 ミクロン
温度が 10K の物体と比較して、温度が 50K の物体から放出されるエネルギーを求めてください。
解決策:ステファン ボルツマンの法則を使用する:
E=T4
E1=(504)=(625104) K 1
また、
E2=(104)=(10000) K 2
1 と 2 を比較すると、
E1/E2=(625104)/104
=625
したがって、温度 50K の物体が放出するエネルギーは、温度 10K の物体の 625 倍です。
結論
電磁放射は、多くの面で役立ちます。周波数と波長、または波数と波長の関係を使用して、電磁放射のエネルギー、周波数、および波長を簡単に計算できます。さまざまな EM 波は、その周波数または波長に基づいて分類され、さまざまな波にはさまざまな特性と用途があります。電磁波は、ある範囲の周波数に分割できます。これは電磁スペクトルとして知られています。
