波って何？周波数から波動力学まで！波の基礎と応用を徹底解説？波の基礎概念：周波数、波長、波数

今回の記事では、波の基礎から応用までを分かりやすく解説していきます。

皆様が波の世界に興味を持っていただければ幸いです。

波の基礎概念：周波数、波長、波数

さて、最初の章では波の基礎概念について解説します。

周波数、波長、波数といった、波を理解する上で欠かせない要素を丁寧に見ていきましょう。

電磁波の「周波数」と「波長」とは？反比例するその関係を波形で ...

公開日:2022/06/25

✅ 電磁波とは、電界と磁界が相互作用して生じる波であり、光や電波もその一部である。

✅ 光は可視光線と呼ばれる電磁波であり、目に見える範囲の電磁波を指す。

✅ 電磁波は周波数によって用途が異なり、電波はkHz〜GHzの周波数帯で使用される。

さらに読む ⇒電磁波の「周波数」と「波長」とは？反比例するその関係を波形で ...出典/画像元: https://akirako.com/meme/?p=2306

周波数と波長の関係や、数式の解説は少し難しかったですね。

ですが、この基礎を理解することで、その先の応用がより面白くなると思います。

私たちの身の回りには様々な波が存在し、それらは周波数、波長、波数といった概念で特徴づけられます。

日本の商用電源の周波数は50Hzと60Hzがあり、これは電気信号の1秒あたりの振動回数を示しています。

周波数は、交流電流や電波などの周期的な現象において重要な指標であり、1秒あたりの振動回数を表します。

周波数はf=1/T (Hz) で求められ、波の速さvと波長λの関係からf=v/λ (Hz) と表すこともできます。

電磁波の場合は光速cを用いてf=c/λ (Hz) となります。

波長は、波が1周期分の空間を伝わる長さであり、λ=2π/k=2πv/ω=v/f で求められます。

光においては、電場と磁場の振動における隣接する山の間の距離として定義されます。

波長によって光の性質（色、エネルギー、回折のしやすさ）が変化します。

波数の概念は、単位長さあたりの波の数を表し、分光学では波長と密接な関係を持ちます。

波数(overline{u})は波長の逆数として定義され、分光学ではカイザー（(cm^{-1})）単位が用いられます。

一方、振動現象を扱う場合は角波数kを用い、単位はrad/mです。

角波数kは波長の逆数の(2pi)倍で計算されます。

えー、むっちゃ難しいやん！でも、波って日常生活でも結構関係あるんやなーって思ったわ！例えば、うちが聞いてる音楽とかも波なんかな？

電磁波と光の性質：波長と応用

次の章では、電磁波と光の性質について見ていきましょう。

特に、波長と応用というテーマで、光の色や電磁波の様々な利用法を探求します。

可視光線は電磁波の一種で、紫外線や赤外線もお友達？

✅ 可視光線は電磁波の一種で、波長が380nm～780nmの範囲の光を指し、波長によって色が異なる。

✅ 物体は、特定の波長の光を反射することで色を呈しており、例えば、赤色のリンゴは赤色の光を多く反射している。

✅ ライターのMitsuru氏は、色彩に関する知識を活かし、色やデザインの情報を発信している。

さらに読む ⇒色彩101®｜カラーコーディネートと色彩学習出典/画像元: https://www.shikisai101.com/color/basic/detail/id=180

光の色の話は興味深いですね。

リンゴの色は、特定の波長の光を反射しているから、というのは、視覚的な面白さがあります。

電磁波は、波長の異なる様々な波の総称であり、可視光だけでなく、電波、赤外線、紫外線、X線、γ線も含まれます。

それぞれの波長域には、特徴と応用例が存在します。

例えば、電波は遠くまで情報を伝える性質があり、通信や放送に利用されます。

赤外線は熱エネルギーを発生させ、暗視センサーやサーモグラフィに利用されます。

可視光線は人間の目で知覚できる波長であり、照明、ディスプレイ、カメラなどに利用されます。

紫外線は殺菌効果があり、殺菌灯などに利用されています。

波長は物質との相互作用を決定し、光の性質を決定する重要な要素です。

光の波長測定には、分光光度計や光スペクトラムアナライザが用いられます。

波長はnm(ナノメートル)、μm(マイクロメートル)、Å(オングストローム)などの単位で表されます。

波長と周波数は密接に関連しており、電磁波の理解に不可欠な要素です。

いやー、光とか電波とか、めっちゃ色んな種類があんのね！俺、スマホいじってばっかだけど、電波ってすげーんだな！