電波とは何ですか？

電波は目に見えない形の電磁放射（EMR）であり、波長は約0.04インチ（1ミリメートル）から62,000マイル（100,000 km）を超え、電磁スペクトルの最も広い範囲の1つです。 「ラジオ」とは、波長が0.04インチ（1ミリメートル）より長く、周波数が300 GHz未満のすべての形式のEMRを表す包括的な用語です。 これは、電荷の動きによって生成されます。電荷の動きは、電流または原子や分子のランダムな動きに起因する可能性があります。 この形式のEMRは、人間のコミュニケーションにとって重要であり、レーダー、天文学だけでなく、テレビ、ラジオ、携帯電話にも使用されています。

電波の生成方法

すべての電磁放射は、池の波紋のように、電磁界を介してうねる波と見なすことができます。 それらは、通常は電子である帯電粒子がその速度または運動方向を変えるときに生成されます。 これは、原子や分子の加熱、電子のエネルギーレベルの変化など、さまざまな方法で発生します。 無線送信機によって生成される波は、電流の流れに起因します。 周波数と波長は、含まれるエネルギーの量に依存し、より高い周波数とより短い波長はより高いエネルギーを示します。 エネルギーの変化が比較的小さい場合、電波が発生することがあります。

用途

電波の最もよく知られている使用法は、画像、音声、テキストを信号の形式で送信することです。ラジオの長波長は、可視光やその他の高周波放射とは異なり、障害物を避けて長距離を移動できます。 約10メートル未満の波長の電波は大気に吸収されます。 長い波は電離層と地面の間を行き来するため、無線は地平線上での送信に最適です。 最も低い周波数は、潜水艦との通信に使用されます。これは、潜水艦のエネルギーが低いため、ステルス性があり、貫通力が高いためです。 これらのより低い周波数は、より多くの「低音」を持っていると考えることができます。つまり、特に水のような厚い媒体をより深く通過します。

電波で情報を送信するには、何らかの方法でコード化する必要があります。 振幅変調（AM）と周波数変調（FM）として知られる2つの主な方法があります。 AMでは、波の振幅または高さを変えることで情報がエンコードされますが、FM法では、周波数を変更してデータを伝送します。 異なる振幅または周波数のパターンは、受信された場所でデコードされ、元の情報（画像、音声、テキストなど）を再現します。 このようにして、複雑な情報を長距離で安価に送信できます。

電波天文学は、宇宙を理解するための重要なツールです。 銀河内にガスと塵の雲が存在するため、可視光または高周波数のEMRを使用して取得できる情報の量には制限があります。 しかし、電波はこれらの障害物を通過する可能性があり、銀河の内部について学んだことの多くは、自然の電波源の分析を通じてもたらされました。 天文学者は、ビッグバン自体からの放射も検出することができました。ビッグバン自体は、宇宙の膨張により、初期の非常に高い周波数からマイクロ波領域に引き伸ばされています。これは、宇宙背景放射（CMB ）。

健康への影響

電波、特に携帯電話やレーダーで使用されるマイクロ波領域の電波の健康への影響について懸念が高まっています。 無線周波放射が組織に吸収されると、加熱が発生する可能性があります。 通常の露出は問題を引き起こすとは考えられていませんが、強力なレーダー送信機の近くにいることは潜在的に危険です。 目のレンズは特に加熱による損傷を受けやすく、マイクロ波放射への過度の曝露は白内障につながる可能性があります。 携帯電話を頻繁に使用することによる長期的な影響も懸念されていますが、2013年の時点で、臨床研究の結論は出ていません。

歴史

電波は1865年にジェームズ・クラーク・マクスウェルによって最初に予測されました。彼は後にマクスウェルの方程式として知られる電磁気学の方程式を考え出しました。 電磁気学と光の関係に取り組んでいる間、彼は可視範囲の上下の波長を持つ他の形の電磁放射が可能であることに気づきました。 22年後の1887年、ハインリッヒヘルツが自分の研究室で電波を生成したときに、低波長放射の存在が実験的に実証されました。 数十年以内に、それらは情報の送信に広く使用されました。 グリエルモ・マルコーニとニコラ・テスラはどちらもラジオ分野の初期のパイオニアであるとされていますが、マルコーニは1896年に最初の無線電信システムの特許を取得しました。