電磁波とは？
電磁波という用語は、電磁放射（EMR）が空間を移動する方法を表します。 EMRのさまざまな形式は、波長によって区別されます。波長は、多くのヤード（メートル）から原子核の直径より小さい距離まで変化します。 波長の降順の全範囲は、電波からマイクロ波、可視光線、紫外線、X線、ガンマ線に至るもので、電磁スペクトルとして知られています。 電磁波は、科学と日常生活の両方で多くの用途があります。
光の波
多くの点で、電磁波は水の波紋、または空気などの媒体を伝わる音と同じように振る舞います。 たとえば、2つの狭いスリットのあるバリアを介してスクリーンに光が照射されると、明るいストライプと暗いストライプのパターンが見られます。 これは干渉パターンと呼ばれます.1つのスリットからの波の山が他のスリットからの山と出会うと、お互いに補強されて明るい縞が形成されますが、山が谷と出会うと相殺され、暗い縞が残ります。 港の壁の周りの海のブレーカーのように、光は障害物の周りでも曲がることができます。これは回折として知られています。 これらの現象は、光の波のような性質の証拠を提供します。
音のように、光はある種の媒体を通らなければならないと長い間考えられていました。 これには「エーテル」という名前が付けられ、「エーテル」と綴られることもあり、空間を埋める目に見えない物質であると考えられていましたが、それを通して立体物が妨げられることなく通過できました。 さまざまな方向の光の速度への影響によってエーテルを検出するように設計された実験は、すべての証拠を見つけることができず、アイデアは最終的に拒否されました。 光や他の形態のEMRは媒体を必要とせず、空の空間を移動できることは明らかでした。
波長と周波数
海洋波のように、電磁波には山と谷があります。 波長とは、たとえば、あるピークまたは山と次の山の間の距離など、サイクルごとの波の2つの同一ポイント間の距離です。 EMRは、その周波数で定義することもできます。これは、特定の時間間隔で通過する山の数です。 EMRのすべての形式は同じ速度で移動します：光の速度。 したがって、周波数は波長に完全に依存します。波長が短いほど、周波数は高くなります。
エネルギー
短波長または高周波数のEMRは、長波長または低周波数よりも多くのエネルギーを運びます。 電磁波によって運ばれるエネルギーは、それが物質にどのように影響するかを決定します。 低周波の電波は原子と分子を穏やかに乱しますが、マイクロ波は原子と分子をより活発に動かします：材料は加熱します。 X線とガンマ線ははるかに強力です。化学結合を破壊し、原子からの電子をノックして、イオンを形成します。 このため、それらは電離放射線として説明されています。
電磁波の起源
光と電磁気の関係は、19世紀の物理学者James Clerk Maxwellの研究によって確立されました。 これにより、電気力学の研究が行われました。電気力学では、光などの電磁波は、帯電した粒子の動きによって生じる電磁場の外乱、つまり「リップル」と見なされます。 存在しないエーテルとは異なり、電磁場は単に有形の物質ではなく、荷電粒子の影響範囲です。
その後の研究では、20世紀初頭に、EMRにも粒子のような特性があることが示されました。 電磁放射を構成する粒子は光子と呼ばれます。 矛盾しているように見えますが、EMRは、実行される実験のタイプに応じて、波または粒子として振る舞うことができます。 これは波動粒子双対性として知られています。 また、亜原子粒子、原子全体、さらには非常に大きな分子にも適用され、それらはすべて波として振る舞うことがあります。
量子論が発展するにつれて、波動粒子の双対性が現れました。 この理論によると、「波」は、特定の場所で光子などの粒子を見つける確率を表します。 粒子の波のような性質と波の粒子のような性質は、多くの科学的な議論と心を揺さぶるようなアイデアを生み出しましたが、それが実際に何を意味するかについての全体的なコンセンサスはありません。
量子理論では、亜原子粒子がエネルギーを放出すると電磁放射が発生します。 たとえば、原子内の電子はエネルギーを吸収できますが、最終的にはより低いエネルギーレベルに低下し、EMRとしてエネルギーを放出する必要があります。 観測方法に応じて、この放射は粒子または電磁波として表示されます。
用途
現代の技術の多くは電磁波に依存しています。 ラジオ、テレビ、携帯電話、およびインターネットは、空気、宇宙、または光ファイバーケーブルを介した無線周波数EMRの伝送に依存しています。 DVDやオーディオCDの記録と再生に使用されるレーザーは、光波を使用してディスクへの書き込みとディスクからの読み取りを行います。 X線装置は、医療および空港のセキュリティに不可欠なツールです。 科学では、宇宙の知識は主に、遠方の星や銀河からの光、電波、X線の分析から得られます。
ハザード
電波などの低エネルギーの電磁波が有害であるとは考えられていません。 ただし、高エネルギーでは、EMRがリスクをもたらします。 X線やガンマ線などの電離放射線は、生細胞を殺したり損傷したりする可能性があります。 また、DNAを変化させる可能性があり、それが癌につながる可能性があります。 医療用X線による患者へのリスクは無視できると考えられていますが、X線が透過できない鉛製のエプロンを着用して身を守るために、定期的に被曝する放射線技師は鉛のエプロンを着用します。 日光に存在する紫外線は、日焼けを引き起こす可能性があり、露出が過剰な場合は皮膚がんも引き起こす可能性があります。