電磁場と光の関係
- マクスウェル方程式によれば真空中で振動する電荷は磁場を変化させ、磁場の変化は電場を変化させ磁場電場が連続的に生成し、その波いわゆる電磁波が光の正体だなどという記述をいろいろな書籍で見かけます。
- 電場の波と磁場の波が一つの波として伝播する理由や光が波であるとされる理由がわかりません。光を波として考えるとき、山と谷は何を表しているのでしょうか。
- 光は電場と磁場の伝わり合いであり、一つの波をなしていますが、電場変化や磁場変化を表す波と光の強度を表す波の関係がわかりません。光が電磁波の伝わりとして書かれる一方、光を波動として考える本では波長や振動数が導入されています。両者の関係について教えてください。
- ベストアンサー
電磁場と光の関係
マクスウェル方程式によれば真空中で振動する電荷は磁場を変化させ、磁場の変化は電場を変化させ磁場電場が連続的に生成し、その波いわゆる電磁波が光の正体だなどという記述をいろいろな書籍で見かけます。 1.ここで磁場と電場がそれぞれ波をつくっていることは理解できるのですが（以下の内容を疑問に思っているということは理解できていないのかも知れません）、それを合わせて電磁波などという一つの波として伝播速度が光を同じだから、光は粒子ではなく波であるとするということが分かりません（あわせて一つの波にしているのではないとは感じますが）。つまり電磁波は２種類の異なった波が伝わっているということなのに物理書などではそれが一つの波であるかのように扱っているように見えるのです。 「電場の波と磁場の波とどちらが光か？」と問うことはできないのでしょうか（もちろんできないのだろう なとは思うのですが、この二つを合わせたものを電磁波、光というということの意味がわからないのです）。 電場の波の変位は電場の強さと方向を、磁場の波の変位は磁場の強さと方向を表すものであって、普通に光を考えるときによく見るような横波で変位が光の強さを表す波とは異なるものであると思うのですが、前者（電場変化と磁場変化の伝わり）から後者（光そのもの?を考えるときに使う波動）はどのようにしてでてくるのでしょうか。 2.また光を波として考えるとき通常の波のように山と谷がありますがあれは、実際に、何かが人間の感覚のレベルでは感じられない振動しているのか、それとも回折や干渉を説明するため、また光を量子力学で波長ｈ、振動数ｖを導入して扱うためのものであって何かが振動（山谷を繰り返している）わけではないのでしょうか。 両方の質問とも、光は電場と磁場の伝わり合いであり、光がまた一つの波をつくっているのだと思いますが、電場変化、磁場変化を表す波（電磁波の伝播を表す波）と光の強度を振幅の変位にとった波とはいかなる関係にあるのかということなのです。 電磁気の本には光は電磁波の伝わりとして書かれて終わっていて、光を波動として回折、干渉などを考える本ではいきなり光は波動であるとして波長や振動数を導入しており両者の関係がよく見えてこないのです。この方面にお詳しい方もしお時間ございましたら、見当違いの質問かも知れないのですが、教えてください、よろしくお願いします。
- student0201
- お礼率64% (32/50)
- 物理学
- 回答数4
- ありがとう数2
- みんなの回答 （4）
- 専門家の回答
質問者が選んだベストアンサー
見つけました。 https://staff.aist.go.jp/yoshizawa-akio/lecture_pdf/2-3_120724.pdf 偏光面は電場ベクトル方向と同じ。 振動数も電場ベクトルと同じ。 ｐ１０：ポインティングベクトル（光の進行方向：ｐ２のＺ軸？） 質問内容はここだとおもいます ｐ１１：平面波近似（高速振動項を除去）により光強度を導く ｐ１２：光強度計算の整理
その他の回答 (3)
- 中村 拓男（@tknakamuri）
- ベストアンサー率35% (674/1896)
〉光の強度（明るさ）＝磁場、電場の変位の大きさ そのように考えられています。
- 中村 拓男（@tknakamuri）
- ベストアンサー率35% (674/1896)
もっと沸騰する話題だと思ったのですが、ちょっと補足します。 まず、磁場と電場の統一を成し遂げたのは特殊相対性理論なんですが、 それはおいといて、古典的にも電場と磁場は電磁場の2つの側面に 過ぎないというのは古くからある考え方です。 マックスウェルの方程式にガリレイ変換をかけると、磁場と電場が 相互に変換しあうことがわかり、本質的に同じものだろうということが 実感できます。 >電場変化、磁場変化を表す波（電磁波の伝播を表す波）と >光の強度を振幅の変位にとった波とはいかなる関係にあるのか 光の波と電磁波を別に考えている理由はなんでしょう？ 質問を読んでもわかりません。
お礼
遅くなりました、回答ありがとうございます。 >光の波と電磁波を別に考えている理由はなんでしょう？ 別に考えようと意図して考えているのではなく、電磁波というのは素朴に磁場、電場の方向と強さを表す波であると思っていたので、光を表すときに使う波とは異なると考えていました つまり電磁波から光の伝播の速さはわかりますが、それ以外の要素である波長、強度、振動数も直接に表しているのか？ということです が、もしかして「光の強度（明るさ）＝磁場、電場の変位の大きさ」なのでしょうか？ ならば二つのつながりを理解できるのですが・・・
- 中村 拓男（@tknakamuri）
- ベストアンサー率35% (674/1896)
全部答えるのが大変なので、一部だけ。 ・電場と磁場は不可分なものです。 ・光＝電磁波で電磁波は横波です。 ・電磁波は磁場や電場が振動しています。 量子力学の話はパス。
関連するQ&A
- 電磁波と光子
電磁波と光子 古典的な電磁気学を勉強してます。 基礎的な質問だと思うのですが、 マックスウェル方程式によれば、 rotE＝-∂B/∂t divD＝ρ rotH＝J+∂D/∂t であるから 電界の波動方程式が求まって そこからヘルムホルツの方程式が導けて 電場と磁場の関係から x軸方向に電場が正弦波状に変化するとき y軸方向に磁場も正弦波状の変化をするっていう あのよく見かける電場と磁場が一緒に描かれてる図まではなんとなく理解して 電磁誘導→電場ができる 変位電流→磁場ができる 要するに「電場と磁場の相互作用が電磁波」みたいなまとめでわかった気になってたんですけど、 光は「光子」というボース粒子によって電磁力を伝えたりして、光子は質量ゼロ、電荷ゼロであって…… みたいな量子力学の解説書に、光子は電場や磁場との直接的な相互作用はほとんどないって書いてあって、 たしかに電荷ゼロなら影響ないだろうなって思うんですけど 光 ＝空間の電場と磁場の変化によって形成される波（波動）である。 ＝微視的には、電磁波は光子と呼ばれる量子力学的な粒子 (wiki) みたいに書いてあって、 電場(静電場?)って重ね合わせの原理が成り立つから 電磁波が電場と磁場の相互作用なら、真空中とかで電磁波に電場とか加えるとなんとなく振幅が変わるような影響を簡単に受けそうな感じがするので、光子に電場や磁場との相互作用がほとんどないって記述がどうも引っかかって…… でも電磁波と電場および電場のかかっている物質との間に作用するいわゆる電気光学効果(ポッケレス効果とか)は非線形光学結晶などが必要と聞きかじり、電磁波の波長を変換したりするのって大変なんだなーって思うところまで勉強しました。 粒子性と波動性があるといろいろ複雑なのでしょうか…… 粒子性で考えると影響なくて 波動性で考えると電気光学的な影響がある…みたいな そもそも電磁波の波長とかってnmレベルですし、ただの波じゃなくて複素数の波動関数ですもんね。 あ、完全に影響なかったらそもそも非線形光学効果なんてないのだから、「ほとんど」影響ないってのはそういうことか… 量子論を修めろってことですね…… 己が浅学さを反省して、そろそろ19世紀の考え方から20世紀の考え方に移行しようと思います。
- ベストアンサー
- 物理学
- 光の波動 横波？電磁波は？
光は波動は横波だと聞きました。しかし、電磁波は電場と磁場が垂直に交互に変化する波動だとも聞きました。光も電磁波の一種ですが何故この様な考えになるのでしょうか？
- ベストアンサー
- 物理学
- 光子の確率波と電磁波の関係は？
光は光子の存在確率の波、電磁波は電場と磁場が相互作用しながら進む波というイメージなのですが、これら2つの波にどういう関係があって「光=電磁波」と考えられるのでしょうか。 また、ラジオなどの電磁波の振動数と、それに含まれる光子の存在確率の波の振動数は一致するのでしょうか。 お時間のある時にでも、ご解答いただけると助かります。
- ベストアンサー
- 物理学
- 電磁波に関して（基本的なこと？）質問します
電磁波に関して（基本的なこと？）質問します 最近、量子力学の本（一般者向け）を読んでます。 いろんな本に光についての説明があって、それは波動性をもった電磁波の一種で、電磁波の説明がありますが、どの本も同じ内容で 「電場の変化→磁場の発生 磁場の変化→電場の発生」・・・こんな説明です。 これは電磁誘導（電線の上に方位磁石を近づけるとか）で昔学校でならったのは覚えています。 ただ、何故電場が変化すれば磁場が発生するのか、何故磁場の変化が電場を発生させるのか・・・・そのメカニズムについては、説明してる本に出くわしません。 そしてよく光の説明でイラストに登場する波の山谷は何を示しているのか、 電場磁場の発生メカニズムと関わりがあると思いますが。。。 電場・磁場・・・・互いの発生因果関係（メカニズム）、イラストの矢印の大きさの意味を教えてください。 または、それが解説されている本などの紹介でも構いません。
- 締切済み
- 物理学
- 磁石を振動させると電磁波は発生するか？
磁場が変化すると磁場が変化して、その磁場の変化で電場が変化する。 これが繰り返されたものが電磁波ですよね。 だとすれば、棒磁石を縦方向（棒と平行な方向）に振動させただけで 電磁波が出るということですよね。本当にこれで電磁波は出るのでしょうか。 よろしくお願いいたします。
- ベストアンサー
- 物理学
- 電磁波の電場と磁場の振動方向は何故垂直か？
電磁波の電場と磁場の振動方向は何故垂直と言えるのでしょうか。 例えば金属板に対して磁石を近づければ渦電流が発生します。 これでなんとなく磁場の振動方向に対して、電場が垂直であることは わかります。 しかし、電場が変化すると、何故電場の振動方向と垂直に磁場が発生 するといえるのでしょうか。これを確かめる実験はあるでしょうか。 あと電磁波や光は横波、縦波の両方の性質がとどこかで聞いた気がしますが、 間違いないでしょうか。横波であることは偏光板や金属格子を使って 90°ずつ回転させていけば実験できるかと思いますが、縦波かどうか はどうやってわかるのでしょうか？ よろしくお願いいたします。
- ベストアンサー
- 物理学
- 電磁波の電場（磁場）は常に同じ向き？
真空中を伝播する電磁波を考えます。電磁波は、直交する電場と磁場の振動波（位相は異なる）です。電場ベクトルの向き、磁場ベクトルの向き、及び電磁波の進行方向は、互いに３者直交することは理解しているのですが、電場（磁場）ベクトルは特定の方向を向いているのでしょうか？それとも進行方向と直角をなしながら、周りをクルクル回っているのでしょうか？よくある電磁波の解説図では、電場と磁場の偏向面が固定されて描かれています。この偏向面は真空中でも回転しないのか、という趣旨の質問です。どなたかご存知の方、ご教授下さい。
- ベストアンサー
- 物理学
- 電磁波＆電磁誘導についての質問
「電磁波は、空間の電場と磁場の変化によって形成された波のこと」 というのは分かったんですが、この「電場と磁場の変化」について詳しく（贅沢ですが出来れば分かりやすく）知りたいです。 様々な要因で磁束が変化し、電磁誘導で電場が発生し、それを繰り返し電磁波は伝わるんですよね？ しかし「電場E」「磁場H」「電束密度D」「磁束密度B」など、細かい違いがあり少し分かりにくいです。 電磁波が伝わる過程には、どれがどのような順番で出てくるのでしょうか？ 回答宜しくお願いします。
- 締切済み
- 物理学
お礼
本当にありがとうございます。 電磁波と光はまさに同じものと考えられるのですね。 今回はつたない日本語での質問を解釈していただいてありがとうございました、もっと勉強して数式での議論ができるようになるためがんばりたいと思います。 このたびはお時間割いていただいてとても助かりました。