電磁波について、色々考えてみる 電磁波について、色々考えてみる 電磁波について、色々考えてみる

電磁波とは

オール電化の元

私達の暮らしの中で最も頻繁に利用されている公共の、使用するには必ず機械を通さなくてはいけないものとしては電気しかないでしょう。人間の体にも脳から各部に命令を伝播する役割として微量の電流が体を流れているほど、電気という存在は私達の生活の中で最も身近にある存在です。正直、この電気というものが誕生しなかったら、私達の暮らしはどうなっていたんでしょうか?科学技術において電気というものを理解していなければ、世界規模でここまで理論が技術といったものが確立されることもなければ、人間の生活そのものが劇的な進化を遂げることもなかったでしょう。そう考えると、先人達の研究者達の偉業がどれほどのモノかというのが理解できますね。ありがたいことです。

そんな生活の身近にある電気を、一家庭のあらゆるものを汎用するということで現在その規模を増やしているものといえば、オール電化というものでしょう。がズに頼らずに火をつけたりすることもできるので、こんな技術があったんだなぁと話題になったときはその進歩スピードに感慨深くなってきます。

さて、そんなオール電化の一つでもあるIHクッキングヒーターに使用されている電気の種類といえば、『電磁波』です。電磁波と聞いてほとんどの人が良い印象を持っていないのではないでしょうか?電車の中でも電磁波を発生させるものをシルバーシート付近には持っていかないようにとのこと、というのは世間一般の通説でしょう。とは言いますが、私は長年電車での通勤やら通学を経験していますが、若者だけでなくそこらへんにいるような中高年の男女も平然とシルバーシートで携帯やらなんやらを大いに利用しているのですから、こういっては何ですがモラルが低下しているというのが正しいのかもしれないですね。よく若者がシルバーシート付近で携帯を利用しているとなっていないという風に語っている人を見かけますが、そういう人に限って平然と使って、電車内で大声で話しているといったことをしているんですよね。実際に見かけたときは飽きれましたけど。

まぁそんな話はさておき、普段から良く使っている電磁波という言葉ですがその仕組みやら性質を理解している人は何人居るんでしょうか?話自体が非常に小難しくなってしまうので、理系にそれなりの耐性を持っている人でなければ基本的に頭の痛くなる話になります。さてさて、今日はそんな電磁波についての記事を書いていくことになります。なるべく分かりやすく書いて行こうと思いますので、最後までどうぞお付き合いください。

電磁波の発生要因

電磁波といいますが何の要因もなくても発生するということではありません。電磁波とは『空間の電場と磁場の変化によって形成されている波』という、二つの作用によって発生する現象のことを指しています。この波は電荷の運動や電流の運動などの何らかの要因で発生した電磁場の時間変動が空間を伝播していくといわれています。

さて、ここで語られている『電場』と『磁場』とは何なのかについても話していきましょう

電場とは
電界とも呼ばれていますが電荷、つまり素粒子持っている性質の一つであるものに力を及ぼしている空間の性質の一つのことを意味している。分野によって呼び方は変わってくる。電束密度と明確に区別するために『電場の強さ』とも呼ばれている。また、時間によって変化しな電場を『静電場』、もしくは『静電界』とも言われている。
磁場とは
続いて磁場とは、電気的現象・磁気的現象を記述するための物理的概念のことを意味しており、こちらも光学分野においては『磁界』という風に呼ばれている。磁場とは、空間の各店で向きと大きさを持っている物理量を指しており、電場の時間的変化、もしくは電流によって形成されている。一言で語るなら、磁石を使った実験である砂鉄が磁石の周りを囲むようにひきつけられる現象を学ぶということが一番分かりやすい例かもしれない。

というようなことになっている。

ここで一つの注意点としては、電磁波が発生する要因を『電界と磁界がお互いの電磁誘導によって交互に相手を発生させあっている現象』という風に語っているが、この見解は誤りとなっているのでご注意ください。平然とその説明を載せているところもあるので、詳しいことを知りたい場合には専門家に問い合わせたほうが良いでしょう。

電磁波の存在と進行方向

電磁波とは人間が生活していく環境でしか発生していない、と思っている人がいるかもしれませんがそうではありません。人間が通常行動をすることが出来ない真空状態にも電磁波を発生させる電場と磁場は存在しているので、基本的に電磁波を受けることはほとんどないといって良いでしょう。とは言いますが、既に携帯を持っている時点で電磁波を受けていることに他ならないのでどうしようもないですね。

さて電磁波がどのようにして空間を伝わって進行していくかですが、まず電場と磁場の振動方向としてはお互いに直角となっているため、電磁波の進行方向もこれらと直角になって振動していくことになる。電磁波は空間を直進していくのが基本的な進行方向となっているが、物質が存在する空間では九州・屈折・錯乱・飼い折り・干渉・反射などの現象が起こったり、重力場などの空間の歪みなどによって進行方向が捻じ曲げられることがあることも観測されています。

普段は常に猪突猛進で、邪魔なものは全て突破していくという武将のような振る舞いをしていますが、大きな壁やらが誕生してどうにもならないときはしぶしぶ迂回することになってしまった、というところでしょうか。信念を捻じ曲げられるというのも心がへし折られますからね。

電磁波の波動

電磁波は線が棚は同を形成していることもあり、重ね合わせの原理が成り立つことでも有名となっている。この性質を利用して、電磁波を特定方向に振動させることにとって特定方向のみに進む正弦波の重ね併せに分解して考えられることが多くなっています。このような正弦波というのもは、波長・振幅・伝播方向・偏光・位相、という属性で寸分の狂いなく特徴を付けられており、電磁波の多くの制限は重ねあわせと見たとき、波長ごとの成分を『スペクトル』と呼ばれている。

さて、この時のは超によっては相互作用が異なることも特徴となっているため、波長帯ごとに電磁波が違う呼び方をされているのも業界では当然ように利用されています。

電磁波の速さ

電磁波自体が空間を振動して動いていく速さについてですが、物質を通して伝播する電磁波の速度について話をして見ましょう。この場合の速度というものは、『光速度の物質の屈折率で割った速度』という計算式で出されます。

この電磁波が異なる屈折率の物質が接している境界を伝播する瞬間、速度が変化することで屈折が起きるようになっています。この屈折を利用している道具というのがレンズであり、眼鏡やカメラなど私たちが普段良く利用されているものにその技術が応用されているということです。

また、この屈折する角度によって電磁波の波長に依存していることを『分散』と呼ばれている。この分散によって様々な視覚的に作用しているというのもご存知ですか?その代表例としては虹が七色に見えている脳の映像イメージに繋がっているのです。

電磁波の歴史

電磁波という理論を完成させたのは『ジェームズ・クラーク・マクスウェル』が1864年、電磁気に関する4つの物理法則である『ファデラーの電磁誘導の法則』・『アンペールの法則』・『電磁に関するガウスの法則』・『磁場に関するガウスの法則』、この全てを統合することによってマクスウェルの方程式を完成させることになった、これが電磁気学の基本原理ともなるほど大きな技術的理論の確率にいたることになった。このマクスウェルの方程式を用いて、理論的に波動方程式が導入されることになり、電磁場に伝わる波が存在していることが予測されることになり、方程式が完成してから20数年後に『ハインリヒ・ヘルツ』の実験によって発見されることになった。

その後20世紀初頭に登場することになる量子力学において、電磁波という空間が振動して生じた連続性を持ったエネルギーの波動と、物質という原子や分子で構成された不連続な量子の集合物の間でのエネルギーの重々は、一般の巨視的な波動現象とは異なっており、ランダムな熱運動をしている物質側の共振周波数に依存しているエネルギーの最小単位の整数倍でしか行なわれていない不連続性を示していることを『マックス・プランク』が発見したことにより始まるのだった。電磁波の発見により、量子力学についての考えからも誕生したというから、電磁波の存在を認識することが出来たことが科学的な側面から重要な性質を帯びていることは理解できるだろう。

電磁波利用範囲

電磁波の概念が作られたことにより、その理論を用いた発明品がこの世界には数多く作られるようになりました。電磁波そのものは色々と物議をかもし出すこともありますが、世界的な規模で考えても、この技術を手放して違う何かを作り出すというのは難しいだろう。確かに年々興味や関心の尽きない話題を席捲している工学系の業界であっても、今まで発見されたことのない性質を考え出すという作業は一筋縄で編み出すことは不可能ですよね。こうした電磁波というものがあるということを固定することが出来るまでも様々な科学者達が長年試行錯誤することで発見されたということを考えたら、計り知れない苦悩や挫折も伴ってくるでしょう。

それだけ、電磁波というものが私達一般的な市民にとっても身近に感じることの出来る存在であるということです。