電磁波

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電磁波（electromagnetic wave）は、時間変化する電場と磁場が相互に生成しながら空間を伝わる波である。

マクスウェル方程式

真空中のマクスウェル方程式から、電場と磁場が波動方程式を満たすことが導かれる。

電波、マイクロ波、赤外線、可視光、紫外線、X線、ガンマ線はいずれも電磁波であり、主に周波数や波長が異なる。

真空中の電磁波は光速 c で伝わる。光が電磁波であることは電磁気学の大きな成果の一つである。

真空を進む平面電磁波では、電場、磁場、進行方向は互いに直交し、電場と磁場の振幅はE=cBで結び付く。波はエネルギーと運動量を運ぶ。日常語でいう「電波」と可視光は別の種類の力ではなく、同じ電磁場の異なる周波数域である。

周波数100 MHzの電波の真空中の波長は、c≈3.00×10⁸ m/sを使うと3.00 mとなる。周波数を2倍にすれば波長は半分になる。媒質へ入ると通常は境界で周波数が保たれ、伝わる速さと波長が変わるため、常にλ=c/fとせず媒質中の位相速度を使う。

λ=v/f　／　真空ではv=c

古典的な波の強度は電場振幅の二乗に比例する。同じ周波数で強度を上げることは、量子論では主に光子数を増やすことに対応する。一個あたりのエネルギーhνを上げるには周波数を上げる。物質との相互作用は波長や吸収特性で異なり、「電磁波」という分類だけから透過性や影響を一律に判断することはできない。

電場の振幅を3倍にすると、同じ媒質中で波の強度は何倍になるか。

解答と考え方を見る

強度が振幅の二乗に比例する条件では9倍。周波数は変えていないので、光子一個のエネルギーは同じ。

資料確認日：2026-10-12。