遠赤外線と紫外線

質問

本で遠赤外線の効果についての説明を見て疑問に思ったので質問します．よろしくお願いします！

電磁波はその波長によって性質が異なると思うんですけど，なぜ性質が異なるのでしょうか？
私が読んだ本では，「遠赤外線は物質の中まで浸透するのに対し，紫外線は表面にしか作用しない」という記述がありました．
両者の違いは波長だと思うんですけど，波長が長いとなぜ浸透するのでしょうか？
よろしくお願いします．

回答No.1

ssk0723 · ベストアンサー

簡単に説明します。
ようは、その電磁波が相互作用をするかしないかです。
相互作用するかしないかの境目は、波長と同周期の運動をしているかどうか、電子が同程度のエネルギーを持っているかどうかです。
波の世界では、波長＝エネルギーですのでそうなります。

例えばラジオの電波なんかは波長が長いためあらゆるものを通り抜けますよね。これは電波と相互作用するものが少ないからです。
次に遠赤外線。これはちょうど物質を構成している分子の熱伸縮や熱振動の周期と似ているのです。よって、遠赤外線を吸収してその動きを増幅させます。その結果熱振動（つまり温度）が増えるのです。こうして、内部にまで浸透します。
最後に紫外線ですが、これは波長よりエネルギーの観点から見ます。紫外線は波長が短くエネルギーが高いですから、物質の活性化エネルギーを超えてしまい化学反応が起きてしまうのです。この化学変化にエネルギーが使われるため、あまり内部には浸透しません。

お礼

回答ありがとうございます．

遠赤外線は分子振動などに吸収される
　　　　　↓
物質の表面を構成している分子の振動に吸収される
　　　　　↓
内部にまでは浸透しない

と思ってしまったのですが…．私の考えのどこがおかしいのでしょうか？

回答No.4

ssk0723

物質の表面を構成している分子の振動に吸収される
　　　　　↓
熱伝導で、あるいはその分子がさらに遠赤外線を出して内部まで浸透する。

熱伝導は例えばフライパンを下から暖めると取っ手まで熱くなることです。後者のほうは熱放射といって物体の持つエネルギーを電磁波として外に出すことです。こちらは熱したフライパンは手を近づけると暖かく感じることです。
熱が浸透するのはこういった原因が主だと思います。ただ、遠赤外線が全く無いと言うことは無いと思います。

紫外線の補足ですが、これは電子に直接働きかけるために化学反応が起こります。化学反応＝電子のやり取りです。

補足

回答ありがとうございます．

遠赤外線が連鎖的に伝わっていくということなのでしょうか！？なるほど～そういうことも起こりそうですね！

回答No.3

walkingdic

>「遠赤外線は物質の中まで浸透するのに対し，紫外線は表面にしか作用しない」
。。。。。。。。どなたがお書きになったものなのかわかりませんけど、まあ、ある意味でそういう傾向がないとは言いませんが．．．．．一般的に成立する話しではないし、遠赤外線と紫外線の違いを説明する文章としては全くもって不適切と思います。

私であれば、こういう表現は不採用ですね。見なかったことにしましょう（笑）

本題の
>電磁波はその波長によって性質が異なると思うんですけど，なぜ性質が異なるのでしょうか？
についてその本に書かれていることは忘れて（笑）、簡単に説明を試みましょうか。

まず光というのは波です。でその波の周期が早いと紫外線、遅いと赤外線となるわけです。
で波というのは平たく言うと振動して伝搬していく現象ですから、何か物に当たると振動が伝わります。わかりやすく言えば貧乏ゆすりが床などに伝搬して自分の机が揺れて不快だ（笑）となるのと同じです。光も同じで光の振動が物質を揺らして物質を振動させるんですね。

でも更によく調べるとよくその振動が伝わるには、その物質が振動しやすい周波数があることがわかります。一番わかりやすいのは楽器ですね。たとえばギターの弦は特定の周波数にのみ振動しやすいです。

つまり光の振動をよく受け止めて振動する周波数というものが物質にはあって、それゆえ光という波の周期によって、物質の振動の程度が変わるわけです。
難しく言うと物質の振動しやすい周波数を固有振動数とか共鳴周波数という言い方をします。

さて、今度は熱の話しをしましょうか。熱というのは実は物質の原子・分子が振動している現象です。
なのでこの熱による振動の周期と同じ周期、周波数の光を当てると物質は大変よく加熱されます。
実はそれが赤外線の領域なのです。

では紫外線は？というと早すぎて熱の振動とはかなり周波数が違います。
なので大抵の物質ではそれを反射するか、あるいは吸収しても熱になるのではなく、今度は分子の結合を切断してしまうような働きになります。わかりやすく言うと、分子同士がつないでいる手を引きちぎるほど早い振動ということですね。

これはたとえば痴漢に手をつながれたときにふりほどこうとするとき、素早く手を動かしますよね？
ゆっくりと動かしても手をほどくことは出来ません。
厳密には不適切なたとえですが、まあそういうイメージでもよいと思います。

こんなところで回答になっていますかね。

あ、ちなみに遠赤外線はよく浸透するなんて表現をしているケースがよくあるのですが、厳密に言うと、たとえば皮膚の表面で吸収したとしても、もともと熱と同じ周波数で皮膚の分子が振動しているので、それは熱伝導という現象で皮膚の深く下まで伝わりますので、そんなところからそういう表現が出たのでしょう。実のところ遠赤外線に対してはほとんどの物質が不透明で、吸収自体は表面近傍で起きているのが普通です。光のまま奥まで伝わるということはないですね。

補足

丁寧な回答ありがとうございます．

つまり，遠赤外線は分子振動に同調して吸収されて，紫外線は電子のエネルギーを励起させるということですよね！？

ちょっと疑問なのですが，さらに調べてみると「車の窓ガラスは紫外線は通さないけれど，可視光と遠赤外線は透過する」という記述を見つけました．これはどういうことなのでしょうか？
電磁波の波長に何か関係があるのでしょうか？
ガラスって確か非晶質ですよね！？波長が結晶性とか粒子の大きさとかに関係あるのでしょうか？

回答No.2

ssk0723

簡単に説明します。
ようは、その電磁波が相互作用をするかしないかです。
相互作用するかしないかの境目は、波長と同周期の運動をしているかどうか、電子が同程度のエネルギーを持っているかどうかです。
波の世界では、波長＝エネルギーですのでそうなります。

例えばラジオの電波なんかは波長が長いためあらゆるものを通り抜けますよね。これは電波と相互作用するものが少ないからです。
次に遠赤外線。これはちょうど物質を構成している分子の熱伸縮や熱振動の周期と似ているのです。よって、遠赤外線を吸収してその動きを増幅させます。その結果熱振動（つまり温度）が増えるのです。こうして、内部にまで浸透します。
最後に紫外線ですが、これは波長よりエネルギーの観点から見ます。紫外線は波長が短くエネルギーが高いですから、物質の活性化エネルギーを超えてしまい化学反応が起きてしまうのです。この化学変化にエネルギーが使われるため、あまり内部には浸透しません。