100ｋHz未満の電波というのはないのでしょうか?

質問

(1)「100ｋHz未満の電波というのはない」　この命題が正か誤か教えてください。この命題が正の場合、その理由を教えてください。（法律用語としてでなくて、科学とかのジャンルとして）

(2)「イメージとして、電子１個をお箸でつまんで、１秒に一往復のペース(1Hz)でゆっくりと頭上で左右に肩幅大に振る、と、周囲の空間には、1Hzの電波が発生し、無限遠まで、（もちろん減衰しながら）光速で伝播する」　この命題が正か誤か教えてください。誤の場合理由は?

よろしくお願いします。

背景1：電波とは何か、という疑問を実感として解決したい。電波とは何か、に関して、腑に落ちる説明を探しつつある過程にいます。

背景2: http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=8565「ご質問」とそれへの良回答(20pt)というのを読みました。「電界が伸びたり縮んだりするのが、ぶっちぎれる」という理解にやや納得できそうな感じをもち、感激しました。
http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=8565
http://www.okweb.ne.jp/iwedding/kotaeru.php3?q_id=8565

背景3:しかし、そのご回答のなかで、(1)が正である、と示されているのが腑に落ちなかった。

背景3:私のイメージでは　(1)は誤で、(2)は正、になるのではないかと思っています。しかし、私が間違っている可能性大です。私が誤っていたら教えてください。よろしくお願いします。

回答No.14

sr-silvia

こんにちは。初めまして。
初めて「ｇｏｏおしえて！」を訪れました。
早速ですが、ちょっとここの議論に興味があるので加わりたいです。
＞もしかすると、全く新しい方によってもご示唆がいただける可能性も
＞あるような気がしていますので、遠慮されずにご意見を下さい．
というお言葉に甘えさせて頂きます。
こういう場所があるのをとても嬉しく思います。

僕は、独学ですが電子回路を組んで遊んだりしてるんで一応電波についても理解しているつもりです。（独学なので自信はなしです）
えーと、僕の意見を言いますと、（質問の古い順に書いてみます）

（１）まず、質問にはありませんが、確認したいので、書いてみます。
アンテナから出る電磁波というのは、電子の振動（交流電流）ではなく、電位の変動で発生すると思います。

アンテナは電流が流れる構造（ループ状）ではない事からそう思います。
確かに交流電流の流れる電線からも電磁波は発生しますが、その場合、交流電流によってまわりに（電線を軸とした）磁界が発生（なんとかの右ネジの法則？）し、それから電磁波として伝播しているのであり、
アンテナから出る電磁波は、アンテナの電位が変動する事で、周りの電界が変動し、それから電磁波として伝播していくのだと思います。
つまりアンテナから出る電磁波と電線から出る電磁波は別の理屈で、電子を箸でつまんで振るというのは電子の移動による（磁界の発生による）電磁波の発生で、
アンテナから発する電磁波とは発生する理屈が違うと思います。

（２）なぜ「100kHz以下の電磁波は、実用的な通信搬送波としては使い物にならない」のか？
についてですが、
＞例えばですが、100マイクロHzの電磁波を使ってアンテナと送信機と受信機を
＞作ると、受信機が富士山ほどの大きさになる、とか、電力がとてつもなく
＞必要になるとか、惑星からの地磁気変動の雑音に埋もれて検出できない、
＞とかの、お話でも聞ければ嬉しいのですが。
というのは全く正解だと思います。
上記（1）で述べた様に、アンテナは電位の変動によって電磁波を発すると思いますが、
ご存知の通り、電磁波の伝播というのは電界、磁界の相互振動です。
小学校でやる、コイルと磁石を使った電磁誘導の実験でも分かりますが、磁界の変化（と言うより変化速度、電磁誘導の実験で言うと磁石の移動速度）によって電界の強さ（電磁誘導の実験で言うと電圧）は決まり、電界の変化速度によって発生する磁界の強さは決まります。
もうわかりましたか？
周波数を低くすると、「電位変動が遅い＝発生磁界が弱い」となり、同じ電位変動速度を持つ電磁波を出そうとすると振幅（電位変動の大きさ。つまりアンテナにかける電圧）を大きくする事になり、現実的ではありません（実用的でない）。
発生電磁波も電力に換算すると物凄い値でしょう。
あと、そんな高出力に耐えうる電子部品があるのかも疑問です。
これらも「量的問題」と見て問題ないとしても、
これは他周波数の電磁波の利用を妨げる、いわゆる「迷惑電波」であり、法律は詳しくないですが、きっと、いや確実に電波法違反です。不法電波です。
いや法律云々じゃなくて道徳的に問題です。
”実用的でない点”というのはこれぐらいかと思います。
相対性理論の様な「光速に関する質的（いやもしかしたら時間的？）な問題」が生じるとすれば、それは超高周波域で起こると思います。
なぜなら、低周波になっても、電子の移動速度にしろ電界・磁界の変化速度にしろ、速度は鈍るばかりで速度的に問題は出ないと思います。

（３）次に、これは僕もまだ疑問なのですが、
＞いわゆるλ/2ダイポールアンテナとか、教科書に載っているような有名な
＞アンテナは、その群を抜く性能のよさは、一体なにに由来するのか？
についてですが、アマチュア無線関係の雑誌などには、Umadaさんや、pen2sanさんの回答の様に、λ/2や、λ/4の長さ（アンテナ形式による）のアンテナが効率が良いと書かれてますが、その理由まで書いてある書籍は僕もまだ読んだ事はありませんので。
前述の（１）が正しいとすると（正しいと信じてます）、
＞電磁波（の生み出す力）に押されて、ほぼ「光速」で運動した電荷が
＞丁度１往復完了するや否や、 丁度そのタイミングで電磁波の次の周期の
＞同位相部分が来て、 その電荷はさっきと同じ往復運動を再開する。
＞（このためには、電荷が振動するための電気的な長さがλ/2であると丁度良い）
というのは、通信で言う所の「電波の受信」の場合に成り立つ事になりますよね。

ちょっとそれてしまいますが、
僕が質問してもいいのでしょうか？
この質問はこの議論をする上で重要で、しかもかなり疑わしいと思うのでお願いします。
電流の流れる速度（電圧の伝播速度？）というのは本当に光速なのでしょうか？
電子はゆっくり流れているのは分かります。ここで言いたいのは、例えばその「電荷の移動」という概念の、”電荷”の速度です。
これは何か（例えば電子）の移動ではなく、電圧の伝播速度（例えば、単位長さの導電線の1端から電圧を加えた時、他端でその電圧を確認できるまでの時間）と同一ですよね？（この場合、伝播という表現は厳密には正しくないですか？）
と言うことは相対性理論の「物体は光速を超える速度で移動することはできない」というのは関係ありません。
結論として僕は、これには速度はない（無限大である）と思います。
電圧伝播に時間差があるとすればその導電線の静電容量だと思います。どうでしょう？
これって正しいのかな？すみません、間違ってたらどなたか補足訂正お願いします。

（４）次に、
＞いかなる長さのいかなる形状の導体でも、アンテナと呼べる？
という事に対して、面白い話を知ってます。
電気・電子関係の書籍か何かで読んだ様に覚えてるんですが、
工事現場のクレーンのワイヤーに作業員が触れたとたんに突然感電事故が起こったというものです。
これは、偶然ちょうど何かの伝播のλ/2となり、共振、帯電していたのだろうという事でした。どういう理屈で帯電するのか詳しい事はわかってませんが。

僕も、glairさんの様に、とことん解体して理解しないと納得できないタチです。
へんてこな質問したがりです。
こういう場はとても有難く、嬉しいです。わくわくしちゃいます。
最後に、この回答文章、長くなりすぎちゃってすみません。

お礼

ありがとうございます．せっかくのご意見に、私も、感想を述べます．

(1)に関して、重要なご指摘と思います．が、今回、私はあまり議論したくないです．結論に達するのが、困難そうだから．あるいは、大事なことであるので、「新たな質問をする」、はどうでしょうか？

(2)は、量的問題として不問にしたい、と以前に私が表明させていただいた結果を通った後、法律問題や道徳関係の価値観に帰着しました．しかし、それらの価値も、今回、不問にしたい．すみませんが、物理だけの話としたい．

(3)はご自分でも「次に、これは僕もまだ疑問なのですが、 」仰っておられますように、回答という感じから、だんだんと、新規のご質問に移行されました．

(4)は、共振の一例ですが、 極めて稀にせよ偶然に起こりうることは、これまでの議論の範囲内ですね．ありがとうございます．

>僕も、glairさんの様に、とことん解体して理解しないと納得できないタチです。
この表現、嬉しいです．いろいろありがとうございます．