電磁波の種類とは?電波、可視光線、赤外線、紫外線、X線は波長違い!

プリズム

電磁波。

いわゆる「光」のことですね。そして電磁波の中には、電波、可視光線、赤外線、紫外線、X線などいろいろな種類があります。どれも一度は耳にしたことはある言葉だとは思いますが、これらはいったい何が違うのでしょうか?

このページでは、そんな電磁波の種類と、それぞれの違いや特徴についてお話していきます。

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電磁波とは?

まずは、電磁波とはどのようなものかについて説明します。電磁波について一言でいうと下記の通りです。

電磁波は、空間の電場と磁場の変化によって形成される波(波動)である。いわゆる光(赤外線、可視光線、紫外線)や電波は電磁波の一種である。

引用元:wikipedia「電磁波」

なるほど、電磁波とは電場(電気)と磁場(磁気)によって作られる波のことだったのですね!

これでも何となくは分かるのですが、電気と磁気の波とはいったいどのようなものかはいまいちイメージしずらいので図を使って更に詳しく説明します。電磁波の伝わり方を図で書くと下記の通りとなります。

電磁波の図

図を見ると分かる通り、電気の波と磁気の波がお互いに90°直交した状態で次々に発生しながら進行方向に進んでいきます。この2つの波は必ずセットになっており、電気だけの波、磁気だけの波となって進むことはありません。それは、電場と磁場には次のような関係があるからです。

  • 電場が変化すると磁場が変化する
  • 磁場が変化すると電場が変化する

電場が変化すると磁場が生まれ、磁場が変化すると電場が生まれるのです。そのため、片方が発生すればそれに伴って必ずもう片方が発生するので、この2つは切っても切り離せないのですね。これが、光のことを「電」「磁」波と呼んでいる理由なのですね。

電磁波の種類

次は、電磁波の種類についてです。可視光線、赤外線、紫外線、X線、電波は実はどれも電磁波の種類の一つなのですが、それぞれいったい何が違うのでしょうか?

実は、これらの電磁波の種類は波長の長さが違うのです。波長とは、下図のように波の一回分の長さのことですね。

波長の図

みんな同じ電磁波なのですが、この波長が違うことによっていろいろな呼び名に変わっているのです。そして、それぞれの電磁波の波長は、下記の通りです。

名称波長
X線0.01~10nm
紫外線10~380nm
可視光線380~760nm
赤外線760~1,000,000nm(1mm)
電波100,000nm(0.1mm)以上

この中ではX線が一番波長が短く、紫外線、可視光線、赤外線、電波の順に波長が長くなっていきます。波長の単位として使っているnm(ナノメートル)は、1mmのさらに100万分の1というものすごく短い長さです。定規のメモリの1mmの隙間を100万分割した長さですから、人間の目ではとても分かりません。

ちなみに、1nmで分子、100nmでウイルス、10,000nmでサランラップの厚さくらいです。10,000nm(=0.01mm)までいけば、何とか人間の感覚でも分かる長さになりますね。

 

また、波長と切っても切れない関係の光の性質として周波数というものがあります。単位は「Hz」で、「ヘルツ」と呼びます。ラジオのチューニングをするときに出てくる、〇〇Hzというやつですね。周波数の定義および計算方法は下記の通りです。

周波数の定義と計算式

【定義】1秒当たりの波の数
【計算式】周波数=光速÷波長

つまり、1秒当たりの波の回数が1回であれば1Hz、100回であれば100Hzといった具合です。ラジオとかにでてくるMHzの「M」は100万倍を表す接頭語になりますので、1MHzは100万Hzという意味になります。

また、電磁波(光)の性質の一つとして、どんな種類の光も同じ速さで進むというものがあります。その速さを「光速」と呼んでいます。光速は1秒間に光が進む距離ですから、その距離を波長で割ると1秒間の波の数になりますので、その数字が周波数になります。種類によって速さが変わらないので、単純に光速(=秒速約30万km)を波長で割ればその光の周波数が求められるのですね。

また、光速についてはこちらのページで詳しく説明していますので興味がある方はこちらにも遊びにきてください→【光速とは?時速や秒速で表すとどのくらいの速さ?

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それぞれの詳細

それではここからは、それぞれの種類の電磁波の詳細について説明していきます。

X線

X線は、0.01~10nmというとても波長が短い電磁波です。

我々の生活で一番なじみがあるのは、そう、レントゲンです。レントゲンの撮影は、このX線を用いて行われています。

ただ、X線は放射線でもありますから、浴びすぎると人体に有害です。X線よりもさらに波長が短い電磁波もあり、それはガンマ線と呼ばれています。

紫外線

紫外線は、波長が10~380nmの電磁波です。

名前の由来は、紫色の光よりも波長が短く、人間の目には見えないところからです。次の可視光線の項目の話にもなりますが、可視光線(人間の目に見える電磁波)の中で一番波長が短いのが紫で、その外側にあるから紫外線なのですね。

この紫外線とえば、電磁波の中でも最も有名なものの一つです。そう、ご存知の通り日焼けの原因になる電磁波で、女性にとっては大敵ですね。電磁波は波長が短かくなればなるほど持っているエネルギーも大きくなるという特徴がありますので、波長の短い紫外線もたっぷりエネルギーを持っています。そのエネルギーで、お肌にダメージを与えているのですね。

可視光線

可視光線とはなんとも聞きなれない言葉ですが、実は私たち人類にとって最も大切な電磁波です。そう、その名の通り「人間の目で見ることができる電磁波」です。光と言えば、一般的にはこの可視光線のことを指します。

なぜこの波長の光を目で見えるように進化したのかというと、太陽から地球に届く主な電磁波が可視光線の波長のものだからです。地球に住む我々にとっては、太陽から届く光が見えるようになると、周りが良く見えて非常に都合が良かったのですね。

そして目に見える様々な色も、実は波長の長さの違いによって生み出されているのです。それぞれの色の種類と波長の長さは、下記の通りです。

波長
380~450nm
450~495nm
495~570nm
570~590nm
590~620nm
620~750nm

紫が一番波長が短く、赤が一番波長が長いですね。ちなみに、これら全ての波長の色が混ざると、人間の目には白色に見えます。

赤外線

赤外線も、日常的に良く聞く言葉ですよね。紫外線と同じく、可視光線の中で最も波長の長い赤の外側にあるので、赤外線と言われています。赤外線は物を温める効果がありますから、ストーブやキッチンなどで大活躍しています。

赤外線は可視光線よりも波長が長い電磁波で、その波長は760~1,000,000nmくらいです。1,000,000nmは1mmのことですから、ここまで来ると実感の持てる波長の長さになりますね。

電波

電波は、波長が100,000nm以上の電磁波です。電波はイメージ通り、テレビ、ケータイ、ラジオ、無線など、様々なものに利用されています。電波の波長とそれぞれの用途をまとめると下記の通りです。

種類波長用途の例
マイクロ波0.1mm~1m・テレビ放送
・電子レンジ
・ミリ波レーダー
・携帯電話
超短波1m~10m・FMラジオ放送
・航空無線
短波10m~100m・船舶無線
・アマチュア無線
中波100m~1km・AMラジオ放送
長波1km~10km・長波放送
・誘導無線
超長波10km~100km・潜水艦との通信
極超長波100km以上・鉱山内外の通信

このように電波は多種多様の用途で使われており、現代の我々の生活にはなくてはならない存在になっていますね!

まとめ

以上が、電磁波の種類、可視光線、赤外線、紫外線、X線、電波についてです。まとめると、下記の通りです。

  • みんな同じ電磁波の仲間
  • それぞれ波長が違う電磁波
  • X線、紫外線、可視光線、赤外線、電波の順に波長が短い

なんかそれぞれ特別のようなものの気がしますが、みんな同じ電磁波で波長の長さが違うだけというのは何か意外な感じですね(^^)

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