電磁放射線について詳しく解説

電磁放射とは、電界と磁界の乱れを指します。

電磁放射線はベクトルとして質量のない粒子である光子を持っています。光子は電磁力に関連するボソンです。

古典物理学では、電荷の交互の動きによって構成される磁場と電場（一方は他方に垂直）の発生源からの直線の伝播に対応する電磁波として説明されます。

電磁波と光子

光とは、人間の目に見える電磁放射線を指します。電波、X線、γ線も電磁放射線です。

波動と粒子の二重性により、電磁放射は 2 つの方法でモデル化できます。

• 電磁波:放射線は電場と磁場の変化です。スペクトル分析により、この波を波長 λ と異なる周波数 ν の単色波に分解することができます。
• 光子:量子力学は、光子と呼ばれる質量ゼロの微粒子を単色電磁放射と関連付けます。そのエネルギーは次のとおりです。

E = hν

ここで、 h はプランク定数です。

光子の運動量p は、 p = E / c = h ν / cに等しい。

電磁波の光子のエネルギーは、異なる透明な媒体を通過するときに保存されます (一方で、一定の割合の光子は吸収されます)。

真空中では、電磁放射、特に光は 299,792,458 m/sの速度で伝わります。この速度は光の速度と呼ばれ、 cで表され、基本的な物理定数の 1 つです。

波長は次のとおりです。

$$ {\lambda =\frac{c_\nu}{\nu}} $$

c _{ν は、}周波数ν で考慮される媒質内の光の速度であり、 c _ν = c / n _ν ( n _νは、考慮される媒質における周波数 ν の単色光の屈折率) です。

19^世紀末、真空中の光の速度は基準系に依存しないという観察が、特殊相対性理論の発展につながりました。

プロパティ

• 0ケルビン(絶対零度、または -273.15°C) を超える温度にある物体は、熱放射と呼ばれる電磁放射を放出します。
• 電磁放射線を受け取った体は、その一部を反射し、残りを吸収する可能性があります。吸収されたエネルギーは熱エネルギーに変換され、この体の温度の上昇に寄与します。
• 高エネルギーの荷電粒子は電磁放射線を放出します。
  • 磁場によって偏向されると、これが放射光です。このシンクロトロン放射線は、数多くの物理学や生物学の実験の X 線源として使用されます (シンクロトロンの周りの光の線)。
  • それが別の媒体に入ると、これは「継続的なブレーキ放射」です。
• 光子の吸収は原子遷移を引き起こす可能性があります。つまり、電子の 1 つの軌道を変更することによってエネルギーが増加する原子を励起します。
• 励起された原子がその基本エネルギー状態に戻ると、そのエネルギー (したがって周波数) が原子の 2 つのエネルギー状態の差に対応する光子を放出します。
• 電磁スペクトルの同じ領域では、光子は半導体内で電子正孔対を形成することができます (CCD 原理)。電子と正孔が再結合することで発光します（ダイオード原理）。
• 核分裂、核融合、崩壊などの核反応は、多くの場合、γ線と呼ばれる高エネルギー光子の放出を伴います。

電磁スペクトル

電磁スペクトルは、その波長、または同等のその周波数 (伝播方程式による) またはその光子のエネルギーに応じた電磁放射の分解です。

波長、周波数、光子エネルギーによる電磁波の分類

歴史的な理由から、電磁波は周波数 (または波長) 範囲に応じて異なる用語で指定されています。波長を短くすると、次のようになります。

• 電波とレーダー波は高周波電流によって生成されます。
• 赤外線波、可視光線、紫外線放射は、熱放射だけでなく、周囲の電子を含む原子内の電子遷移によって生成されます。紫外線は皮膚に影響を及ぼします（日焼け、日焼け、皮膚がん）。
• X線は電子遷移中に生成されます。それらは、例えば、放射能（原子の電子行列の再構成中に放出される蛍光光子）、電子のブレーキ（X線管）、またはシンクロトロン放射（相対論的電子ビームの偏向）によって生成されます。波長が短いため、結晶上で回折します。硬X 線は高エネルギーの光子に対応し、軟X 線は低エネルギーの光子に対応します。
• γ 線は、原子核の脱励起中に放射能によって生成されます。したがって、それらは特に放射性物質と原子炉によって放出されます。