物理基礎の電磁気学�L（電磁波）

１．導入

前回交流を学習しました。単純ではありませんが， 振動する電流が電磁波をつくります。 今日は難しいことを抜きにして， 新聞やニュースを理解するためだと思って聞いてください。

２．電磁波の種類

電磁波だと思うものをどんどんいってください。

生徒：「･･･」
じゃあ，なんとか線とか，なんとか波というものをあげてごらん。
生徒：「山手線！」
生徒：「目黒線！」
電車はそれくらいでいいです。
生徒：「漸近線」
おもしろいのだけにしてください。もしくは電磁波にして！
生徒：「X線」
いいね。
･･･

生徒から出てきた意見：
山手線，目黒線，漸近線，X線，赤外線，
放射線，α線，γ線，β線，カメハメ波，
紫外線，P波，S波，電波，マイクロ波，太陽光線

このなかで電磁波はどれでしょうか？
山手線×，目黒線×，漸近線×，X線○，赤外線○，
放射線△，α線×，γ線○，β線×，カメハメ波△，
紫外線○，P波×，S波×，電波○，マイクロ波○，太陽光線○

生徒：「カメハメ波は△？」
正直カメハメ波がどうなっているのかわからないからね（笑）。
それは冗談です。ここからは真面目な話。
まず，一番知って欲しかったことは，放射線です。 放射線はα線，β線，γ線の３つがあります（中性子線も出ています）。
α線･･･ヘリウムの原子核（陽子２つ＋中性子２つ）
β線･･･電子
γ線･･･電磁波
なのです。つまり，放射性物質からはこれらが出てきます。 むかし何が出てきているのかわからなかったので， プラスの電荷をもっているのがα線，マイナスの電荷をもっているのがβ線， 電荷をもっていないのがγ線としました。 あとからこれらがヘリウムの原子核，電子，電磁波とわかったのです。 ですので，α線とβ線は電磁波ではありません。 質量をもった粒子の流れなのです。 電子に比べたらヘリウムの原子核は重い。 ですので，α線を受けると人体にも影響は大きい。 しかし，重くて電荷ももっているため，他の物質と相互作用しやすい。 ですので，α線は空気中をあまり遠くまで飛ばないし， アルミ箔1枚あれば防げます。ですので，外部被曝はしにくい。 しかし，放射性物質が体内にあるとき内部被曝する。 このときの影響は大きいのです。 逆に，γ線はどこまでも飛んでいきます。 しかも厚い金属でしか妨げられません。 ですので外部被曝として受けるのはγ線が多い。 とりあえずここまでにしておきます。 ニュースでも取り上げられることが多いので， このくらいは知っていてください。

さて，電磁波に戻ります。
太陽光線という意見がでましたが，太陽光線にはいろいろな電磁波が含まれています。 とりあえず目に見える光「可視光線」も含まれていますよね。 光も電磁波なのです。

３．電磁波

電磁波とは電場と磁場が相互作用しながら飛んでいく波です。 質量はなく，速さはどの電磁波も3.0×10⁸[m/s]です。 では，何が違うのかというと，波長と振動数。
1学期の復習ですが，速さ，振動数，波長の間にはどのような関係がありましたか？
生徒：「ｖ＝ｆλ」
その通り。速さはどれも同じなので，波長が長いと，振動数は小さいということですね。

これらを波長の長い順に並べてみます。
電波が一番長い。AMラジオで波長は1kmくらい。FMラジオで1mくらい。 携帯も無線も電波を用いていますが，波長が違う。
ここでマイクロ波ですが，少し横に書いたのは， マイクロ波は電波の中の１つです。 マイクロ波は電子レンジに使われるので，特徴的なので取り出して書いておきます。
ちなみに，電子レンジで何も入っていないお茶碗をチンしたら， あたたかくなりますか？
そうですね，温かくならない。
電子レンジは水だけを振動させているのです。 水分子の固有振動数とマイクロ波の振動数は一致していて， 共振を起こすことで温めているわけです。お米に入っている水分が温かくなり， それがお茶碗にも伝わって熱くなる。

次は１つとばして，その次は可視光線。
ちなみに，色は波長の違いであることを知っていますか？ 一番長い波長の色は？
赤なんですね。赤が一番長くて， 人間が色として感知できる最大の波長が 770[nm]（ナノメートル）＝770×10⁻⁹[m]です。そのあとは，
赤橙黄緑青藍紫（せきとうおうりょくせいらんし）
一番波長が短いのが紫で，380[nm]まで。
これって音と似てるよね。人間は20Hz〜20000Hzまでしか音として感じられない。 犬などがもっと高い音まで聞こえるように， 他の動物はもっと外側の波長まで見えることもある。
ちなみに７色というのは何の根拠もないです。 ニュートンがドレミファソラシの７音階と合わせて７色にしたみたいです。

さて，さっき１つとばしたけど，電波と可視光線の間に入るのは？
生徒：「赤外線」（他の生徒が「なるほどー」）
そうだね，赤の外の領域だから「赤外線」。 赤外線は暖房に使われるし，リモコンでも使っているね。

逆に，可視光線より波長が短いのが？
生徒：「紫外線」
その通り。紫の外にあるから紫外線。 紫外線を浴びるとどうなる？
生徒：「日焼けして，皮膚がんになる」
まあそうだね。紫外線は病院などでは殺菌に使われています。

その次はX線。X線はレントゲンに使われている。 他にもがんの治療にも使われている。
次がγ線なんだけど，本当はX線とγ線は波長で決まるわけではなく， どのように発生したかで分類しています。 基本的に原子から出てきたのを「X線」， その中の原子核から出てきたのを「γ線」としています。 出てきたものは区別がないので， γ線を浴びて危険ならX線を浴びても危険です。 ですので，レントゲン検査やCT検査は体に影響がないわけではない。 X線でもγ線でも物質を電離させる，つまりプラスとマイナスに引き離す作用をもっています。 これによって電流が流れて細胞を壊す。 それによってがん細胞ができるわけです。 逆に，そのX線やγ線をがんに照射するがん治療もあるわけだけどね。

５．まとめ

これで物理基礎の電磁気学は終了です。 まずはキルヒホッフの法則を理解してほしい。 これで電流と電位の理解ができる。 そして，電力・交流・電磁波あたりは 日常的に接している電気の基本的な部分です。 高校生としての教養として身につけておいてください。

授業を終えて。。。
・雑学になっている。よい課題を検討しよう。
・しかし，生徒はこうした知識を覚えることには抵抗がないようだ。 テストでもできていた。（文系希望者のアンケートには「電磁波はたのしかった」と書いてある。 社会的なものもあるし，身近だし，覚えるだけであるのが理由？）

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