Transcript 電 波 ー 電波ってなんだろう その発生と性質を知ろう ー

物理Ⅰの確認
電波（電磁波）は
• 電流の流れる向きと大きさが絶えず変化するときに発生
電流・・・1秒間に通過する電荷の量
もう少し詳しく
電流のもとになる荷電粒子（＋や－の電気を帯びた粒子）で考えると
＋の電荷とーの電荷（点電荷対）の振動により，電場と磁場が発生。
それにより電磁波となって伝わる。
・電場と磁場の方向は直角に交わっている（直交している）
・速さは 3.0×１０８m/s（30万km/秒）
本日はここから
電波の発見の歴史を知ろう
• マクスウェル（イギリス 1831～1879）
○理論的に 3.0×108 m/s の速さで伝わる電磁波の存在
を予言（1864)
★マックスウェル方程式確立
• ヘルツ（ドイツ 1857～1894 ）
○電磁波の存在を実験にて確認(1888)
★ヘルツの実験，周波数の単位 Ｈｚ(ヘルツ）
アンテナの原型を発明
• マルコーニ（イタリア１８７４～１９３７ ）
○コヒーラ（電波の検出器）とアンテナの改良により，
無線通信に成功(1895)
★大西洋間の横断通信実験に成功(1901)
ヘルツの実験とは
二つの電極の間に高電圧をかけ火花を飛ばす
金属の輪の狭いギャップに火花が
生じた
簡易ヘルツの実験装置
電波(電磁波）の存在を確認！
[やってみよう]
ヘルツの実験①
発信器で放電させたら，検出器のネオン管は光るだろうか？直線型検出器の場合
発信器
平行
ﾊﾞﾁﾊﾞﾁ
垂直
ネオン管
(a) 結果（
）
(b) 結果（
）
[やってみよう]
ヘルツの実験②
発信器で放電させたら，検出器のネオン管は光るだろうか？ループ受信器の場合
平行
発信器
ﾊﾞﾁﾊﾞﾁ
(c) 結果（
）
(d) 結果（
）
垂直
(e) 結果（
）
(f) 結果（
）
ヘルツの実験①
直線型検出器(電場Eを受信可能）
発信器
平行
Ｅ
垂直
Ｅ
ﾊﾞﾁﾊﾞﾁ
ネオン管
(a)
(b)
ヘルツの実験②
ループ受信器（電場Ｅ 磁場Ｂとも受信可能）
平行
発信器
B
B
E
Ｅ
(c)
ﾊﾞﾁﾊﾞﾁ
(d)
垂直
Ｅ
(e)
(f)
電波(電磁波）の分類
★電波の周波数や強さは，電波法に基づいて利用する必要がある
波長
100km
名称
主な利用例
弱
超長波(VLF)
～ 10km
3kHz ～ 30kHz
10km ～　1km
30kHz ～ 300kHz
長波(LF)
船舶・航空機用通信
中波(M F)
AM ラジオ放送
1km
～ 100m
300kHz ～ 3MHz
100m
～ 10m
3MHz ～ 30MHz
10m
～　1m
30MHz ～300MHz
1m ～ 1mm
300MHz ～300GHz
電 短波（H F)
波
超短波(VH F)
マイクロ波
短波ラジオ放送
FM ラジオ放送，テレビ放送
UH Fテレビ放送，レーダー，
携帯電話，電子レンジ，衛星
通信など
100μm ～ 770nm
赤外線
770nm ～ 380nm
可視光線
赤外線写真，リモコン，暖房
光学機器
380nm ～ 0.1nm
紫外線
殺菌，化学作用
１nm ～ 0.001nm
Ｘ線
Ｘ線写真，医療
0.01nm以下
γ線
材料調査，医療
波長(周波数）が異なるだけ!!
真空中の速さは 3.0×10８m/s
直電
進磁
波
集の
束
性
･
電
磁
波
周波数
強
[やってみよう] 電波の性質を調べよう
目的：携帯電話（送信機）とＡＭラジオ（受信器）を用いて電波の性質を調べる。
次の各実験を行い，ラジオから出るノイズの大きさの違いを聞いて，
電波の伝わり方，性質を調べてみましょう
まず，結果を予想しよう。次に，実験を行い，
この現象名，日常生活の中でおこる例を考えてみよう。
[やってみよう] 電波の性質を調べよう
実験１ 携帯電話とラジオの間に板を立てる。(板の面が，携帯電話を向くように)
厚紙，アルミの板を立ててみましょう。
アルミ板を立てた様子
厚紙を立てた様子
ラジオから出てくるノイズの聞こえ具合はどうですか？
[やってみよう] 電波の性質を調べよう
実験１の応用
ラジオを金網で囲った場合はどうだろう？
また，アルミ箔で包んだ場合はどうだろう？
金網で囲った様子
アルミ箔で包んだ様子
ラジオから出てくるノイズの聞こえ具合はどうですか？
[やってみよう] 電波の性質を調べよう
実験２ 実験1の板の所に金網（すだれ状）を置いたらどうなるか。
また，面の向きはそのままでゆっくり回転させたらどうなるか。
金網を立てた様子
金網を９０度回転させた様子
[やってみよう] 電波の性質を調べよう
実験３
実験１のようにアルミ板①を立て，もう一枚のアルミの板を図のように
①の端に立てる。次に，②を①から遠ざけてみる。
また，向きも変えてみたらどうなるか。
②
①
うまく聞こえましたか？
アルミ板②の向きを変えたらどうでした？
○○の法則に従ってますか？
[やってみよう] 電波の性質を調べよう
実験４
携帯電話から見てラジオの後ろにアルミ板を立てる（板の面が，携帯電話
を向くように）。次に，板をラジオから遠ざけていき，受信状態を調べる。
アルミを遠ざける
・うまく聞こえましたか？
・ノイズがよく聞こえる（または聞こえない）位置を
記録しておきましょう
[やってみよう] 電波の性質を調べよう
実験結果
・実験１・・・
・実験２・・・
・実験３・・・
・実験４・・・
★その他の現象として
[やってみよう] 電波の性質を調べよう
実験結果
(例）
・実験１・・・
アルミ板では電波は通らない
厚紙では変化無し
遮へい（遮蔽)
・実験２・・・
回転させるとノイズが入るところと
入らないところがある
偏り
・実験３・・・
アルミ板②によって反射されて
ノイズが入る。
・実験４・・・
ノイズが強くなったり弱くなったり
する。
★その他の現象として
（横波である）
反射
干渉
（反射した電波との）
回折・・・波長が長い電波ほど回り込みやすい。
[やってみよう] 電波の性質を調べよう
(発展問題）
実験４で，ノイズが強い位置の間隔，または，ノイズが弱い位置の
間隔を測る。これより携帯電話の波長を求め，周波数を800MHzとして，
電波の速さを計算してみよう。ただし，1 MHz＝106 Hz
[やってみよう] 電波の性質を調べよう
(発展問題）
実験４で，ノイズが強い位置の間隔，または，ノイズが弱い位置の
間隔を測る。これより携帯電話の波長を求め，周波数を800MHzとして，
電波の速さを計算してみよう。ただし，1 MHz＝106 Hz
考え方・・・定常波を思いだそう
半波長（λ/2）
例：半波長（λ/2）=18cmの時
速さ＝周波数×波長より
( v = f ×λ)
波長λ= 18cm×2 = 36cm = 0.36m
V = （800×106）×0.36
= 2.88×108 m/s
電磁波の速さ
3.0×108m/s
電磁波のまとめ
電磁波は，
・電界(電場）と磁界(磁場）がお互いに変化し影響
し合いながら伝わる横波である。
・電気のエネルギーを，電波のエネルギーとして
空間を通って運ぶ。
・遮へい，偏り，反射，干渉，（回折）の性質をもつ。
・周波数(波長）により分類される（速さは同じ）。