電磁波の性質および物質との相互作用

電磁波のイメージは波で OK です。波長により分類します。波長が短いほど、その波の持つエネルギーは大きくなります。性質は波としての性質と、粒子としての性質を持ちます。以下、電磁波の波動性・粒子性という二面性についての補足をします。

「波としての性質を持つ」というのは、光源から出た電磁波を、2つのスリットを通してスクリーンに投影したら干渉しあって縞模様になることから、波の性質を持つということを意味します。

「粒子としての性質を持つ」というのは、可視光領域の光を出す電球の光をどんなに強くしても日焼けが起きないことを説明する表現です。もし波としての性質を光が持つなら、光を強くすること=振幅が大きくなることを意味します。(波が強い=振幅が大きいと言えるからです。)そして、光の振幅が大きくなると、エネルギーが大きくなります。(波においては、エネルギーが振幅の 2 乗に比例するというルールがあるためです。)これにより、太陽光線と同じくらい強いエネルギーを持った光になれば、日焼けが起きるはずです。

しかし、現実にはどんなに可視光領域の光を出す電球の光を強くしても、日焼けはおきません。これは、光があるエネルギーを持った粒子の集まりであり、光を強くする=粒子の数が多くなっていると考えることで説明がつきます。よって、光は粒子としての性質も持つと表現されます。

電磁波の種類は、波長により短い方から「γ線、X線、紫外線、可視光線、赤外線、マイクロ波、ラジオ波」に分類されます。具体的な波長について、まずは「可視光線→大体 400 nm ~ 800 nm」を押さえておきましょう。波長が『長い』方から、どんな色に見えるかというと「赤、橙、黄、緑、青、藍、紫」(せきとうおうりょくせいらんし)です。「赤外線」は、赤よりも外側、つまり 800nm よりも波長が長い電磁波です。「紫外線」は、紫よりも外側、つまり 400 nm よりも波長が短い電磁波です。

 

電磁波の物質との相互作用は、以下のようにまとめられます。
・γ線は、ほとんど相互作用せず、物質を通過します。
・X線は、物質透過作用が強いです。又、写真作用を持ちます。
・紫外線は、物質中の電子遷移を起こします。 
・可視光線は、物質中の電子遷移を起こします。
・赤外線は、物質の振動エネルギーに対応した相互作用を起こします。
イメージとしては、物質を揺らすイメージです。又、熱作用を持ちます。
・マイクロ波は、物質の回転や、電子スピンエネルギーに対応した相互作用を起こします。イメージはやはり物質を揺らすイメージです。又、熱作用を持ちます。
・ラジオ波は、物質の核スピンエネルギーに対応した相互作用を起こします。イメージは、物質にガツガツあたる感じです。又、熱作用を持ちます。

演習問題
国試99回 問5

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