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スマホやWi-Fi、電子レンジにレントゲン。こうした私たちの生活に欠かせない技術を支えているのが電磁波です。この電磁波は「周波数」によっていくつかに分類され、その中でも身近で使われているのが「電波」です。
しかし、「電磁波」や「電波」や「周波数」…これらの言葉を、違いがよく分からないまま何となく使っている方が多いかもしれません。そこで今回は、電波や周波数の基本概念から、低周波や高周波など周波数帯ごとの主な用途まで、電磁波の分類と特徴を解説します。

スマホやWi-Fiルーターなど、毎日のように使っている電子機器やテクノロジーの多くは電磁波の働きによって成り立っています。見えないエネルギーがどのように生まれて伝わるのか、まずはこの「電磁波」の仕組みをみていきましょう。

電磁波とは、電気の力と磁石の力が影響しあい、空間を伝わっていくエネルギーです。
金属に電流を流すと、周囲に磁気の力が働く空間「磁界」ができます。そして、この磁界が変化すると周囲に電気の力が働く「電界(電場)」が生まれます。さらにこの電流の向きが変わって電界が変化すると、その周囲にはまた新しい磁界ができます。このようにして新しい電界と新しい磁界が交互に生まれ、バトンリレーのように空間を光の速さで進んでいくのが「電磁波(electromagnetic wave)」です。

この連鎖反応は、1864年にイギリスのマクスウェルによって存在が預言され、約20年後の1885年に、ドイツの科学者ハインリヒ・ヘルツが実験によって実在を証明しました。まるで波のように揺れながら空間を伝わっていくことから名付けられました。

自然界の中では、太陽から発生する電磁波があります。太陽からは常に電磁波が放射されており、地球の生き物の生命活動を支えてきました。しかし太陽活動が活発な時期になると、より強い高エネルギーの電磁波が放出され、それによって地球上で通信障害が引き起こされることがあります。このような通信障害を起こす宇宙天気現象のひとつが、太陽の表面で起こる爆発現象「太陽フレア」です。

電磁波は人工的に発生させることも可能です。現在では、導線に交流電流を流す、発振器を利用する、専用の発生装置を利用するなど、用途に合わせてさまざまな方法が採用されています。

電磁波には、「マイクロ波」や「赤外線」などさまざまな種類があります。これらは、周波数と波長の違いによって区別されます。

「周波数」とは、1秒間に繰り返される波の数のことで、Hz(ヘルツ)という単位を用います。1秒間に波が10回打ち寄せれば10Hzです。

また、波と波の間の長さを「波長」といい、ｍ(メートル)やcm(センチメートル)で表します。非常に短い長さの場合には、nm(ナノメートル：1mmの100万分の1)や、μm(マイクロメートル：1mmの1000分の1)といった、より細かい単位を使います。

例えば、海の波は高さや波の間隔が変わると、海岸に打ち寄せる波の強さも変わります。ゆったりとしたさざ波や荒れ始めの白波のように、揺れ方の違いで力の伝わり方がわかります。
電磁波はこれと似ていて、周波数と波長が電磁波の持つエネルギーの大きさにも関わります。

基本的に、周波数(波の数)が多くなり、波長(波の間隔)が短くなるほど、波が小刻みに激しく揺れ動いていることになり、エネルギーは大きくなります。

電磁波のうち、周波数が3THz(テラヘルツ：1秒間に3兆回の振動)以下、波長が0.1mm以上のものを一般的に「電波」と呼びます。これは大きくゆったり、ゆっくり打ち寄せてくる波です。電波はさらに細かく分類されており、周波数の低い順に超長波・長波・中波・短波・超短波・極超短波・マイクロ波・ミリ波・サブミリ波と名前がついています。

一方、3THzより高い周波数と0.1mmより短い波長を持つ電磁波は、絶えず打ち寄せてくる激しい波のようなものです。これも周波数の低い順から、赤外線、可視光線、紫外線、X線、γ線と分類されています。

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電磁波の存在を証明したハインリヒ・ヘルツですが、彼はせっかく発見した電磁波に対し、「これは何の役にも立たない」と考えていたとか。しかし現在、電磁波は種類に適した用途で広く利用されるようになり、私たちの生活になくてはならないものになりました。

まず、低い周波数の電波はゆったりした波のようにエネルギーが小さく、人体を直接傷つけることはありません。安全性が高いうえ、山やビルなどの障害物があっても回り込んで進み、幅広く遠くまで届くという特徴を持つので、AM/FMラジオ放送、テレビ放送、携帯電話、BluetoothやWi-Fiなどの通信、電子レンジ、GPS、衛星通信など広い分野で日常使いが進んでいます。なお、レーダー探知機では、このうちのマイクロ波やミリ波といった周波数帯域を使用しています。

一方、周波数が高い電磁波は、小刻みに打ち寄せる波や高圧洗浄機の水流のように直進力が強く、非常に強いエネルギーを持ちます。電波よりも乗せられる情報量が非常に多いので、リモコンやヒーター、光ファイバーインターネットなどに利用されています。
さらに、電波では届かない体の内部まで届く性質を利用して、レントゲン撮影(X線)や、放射線治療(γ線)などにも活用されています。

ただ、周波数の高い電磁波はエネルギーが強烈なだけに取り扱いに注意が必要です。X線やγ線を一般の人が扱うことはありませんが、紫外線や可視光線、赤外線も長く浴びているとヤケドや目に損傷を負う可能性があります。必要に応じて日焼け止めや日傘の使用、ブルーライトフィルターの活用など適切な対策を講じることが大切です。

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電波をふくめ、さまざまな電磁波の多くは私たちの目には見えませんが、毎日の暮らしに欠かせない重要な働きをしています。周波数や電磁波の分類・特徴を理解しておけば、より生活が便利に、かつ安全な使用につながるでしょう。

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