物理学Ⅰ›波動

光と電磁波

Light and Electromagnetic Waves

光は電磁波!
💡 光の本質
①光は電場と磁場が互いに垂直に振動しながら伝わる波
②媒質なしでも伝播 — 宇宙空間も通る(真空でc = 3×10⁸ m/s)
③波長によりガンマ線からラジオ波まで呼び名が変わる
④可視光は電磁波の一部に過ぎない!
電磁波スペクトル
550 nm
🌈 可視光の範囲
①可視光:380nm(紫) ~ 780nm(赤)
②紫光(λ短) → エネルギー高 / 赤光(λ長) → エネルギー低
③紫外線:皮膚を焼く理由 = エネルギーが可視光より高い
④赤外線:リモコン·熱画像カメラに使用

まとめ

📋電磁波の種類別特徴
ガンマ線
核反応で放出、医療用殺菌
λ < 0.01 nm
X線
骨撮影、強い透過力
0.01 ~ 10 nm
紫外線
殺菌、皮膚やけど、ビタミンD合成
10 ~ 380 nm
可視光
人間の眼で感知できる唯一の領域
380 ~ 780 nm
赤外線
熱エネルギー、リモコン、熱画像
780 nm ~ 0.1 mm
マイクロ波
電子レンジ、通信
0.1 mm ~ 10 cm
ラジオ波
TV、ラジオ、携帯通信
> 10 cm
光子のエネルギー E = hf
光子のエネルギー
E = hf = hcλ
h = 6.63×10⁻³⁴ J·s, c = 3×10⁸ m/s
✨ 光の二重性
①光は波(干渉·回折)であり同時に粒子(光電効果)
②光電効果:光を金属に当てると電子が飛び出す
③振動数が閾値以下なら強くても電子放出なし
④これは光がhfのエネルギー塊(光子)として働くため
⑤アインシュタインが光電効果を説明しノーベル賞(1921)
総まとめ
速度
c = fλ
3×10⁸ m/s
エネルギー
E = hf
光子エネルギー
🎯 試験ポイント
①全ての電磁波は真空でc = 3×10⁸ m/s
②波長短いほど f↑、E↑(ガンマ線が最も危険)
③可視光:380nm(紫) ~ 780nm(赤)
④光の二重性:干渉·回折→波 / 光電効果→粒子
⑤光電効果:E = hf − W(仕事関数) — 閾値以下で放出なし