極低周波電磁波の反射の仕方について

質問

家電製品から出ている交流電源由来の50Hz/60Hzの極低周波電磁波が部屋の中の鏡や本箱のガラス戸、窓ガラスなどに反射して、どのように部屋の中に拡散しているかを考えていますが、Wikipediaの「鏡面反射」の項では、
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%8F%A1%E9%9D%A2%E5%8F%8D%E5%B0%84
「鏡面が波長と比較して小さい場合、反射の法則(入射角=反射角)は成り立たず、反射は複雑になる」と書いてあります。50Hz/60Hzの極低周波電磁波は波長が5000km～6000kmなので、反射の法則は成り立たないのでしょうか。だとしたら、どのように反射するのでしょうか。具体例で説明したサイトはありませんか。
一方、「反射面の粗さが波長と比較して小さい場合、鏡面反射が起こる」と書いてあるサイトもあります。上記の記述と逆のようにも思えますが。
下の考え方で行くと、極低周波電磁波の場合、鏡やガラスだけでなく、土壁や板、紙(障子、襖)などでも、鏡面反射になるのでしょうか。
理科系出身ではないので、わかりやすくお願いします。

回答No.2

tadys · ベストアンサー

波の反射についてはホイヘンスの原理で説明されます。
平面波が、平面に入射したときには、波と面が接触した点を中心とする球面波が発生します。
平面波が進行するにつれて接触点が次々と移動して発生した球面波が干渉しあって平面波の反射になります。
面が波長と比較して小さい場合には、干渉しあって平面波になるのに十分な球面波が無いので、面（波の波長に比べると点のようなもの）を中心とする球面波になってしまいます。

下記URLの図２．１６はスリットの場合ですが、スリットを鏡と考えると同じ事になります。
スリットの幅が広い時は平面波ですが、スリットが狭い時は球面波になります。
http://mediacultures.com/ISSE/lib/ISSEtext/ISSEphs_t/phs_II_1/0pii2div5.pdf
こちらも参考に
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9B%E3%82%A4%E3%83%98%E3%83%B3%E3%82%B9%EF%BC%9D%E3%83%95%E3%83%AC%E3%83%8D%E3%83%AB%E3%81%AE%E5%8E%9F%E7%90%86

スリットではなく、幅の広い板と細い棒の場合、板の場合には板の後ろには波が届かないのに対し、棒の場合には後ろに波が届きます。

お礼

丁寧な説明ありがとうございます。そうすると、極低周波電磁波が鏡や窓ガラスに当たると、それらを中心にほぼ180度範囲のいろんな方向に広がるということですか。
そうすると、「反射面の粗さが波長と比較して小さい場合、鏡面反射が起こる」というのは、どういう場合の話なのでしょうか。

補足

(追記)
まだよくわからないのですが、ホイヘンスの原理から考えると、鏡面部分についてはやはり鏡面反射になるような気がします。全体としては球面波のようになるとしても、鏡面反射における反射角の方角への反射が最も強くなるのではないかと思いますが、そういう理解でよろしいでしょうか。

回答No.4

lv4u

潜水艦との通信は、交流電源クラスの超超低周波が使われているようです。これは、水面での電波反射が少なく、さらに水中への浸透がしやすいためらしいです。
だから、周波数が低いと、鏡面反射は無視できるレベルになるようですよ。
実際に、鏡の反射を思わせるおわん型のパラボラアンテナは、ＢＳやＣＳの高い周波数から使われていますね。

>>理科系出身ではないので、わかりやすくお願いします。

微分・積分の話を「幼稚園児です。わかりやすくお願いします」と言っているようなものでしょうか？

お礼

ありがとうございます。
通信目的としては無視できるレベルではあっても、少しは鏡面反射があるわけでしょう?

回答No.3

ORUKA1951

いえいえ、いくらなんでも50Hz/60Hzの電磁波はそのようなもので反射しません。
　たとえば極超短波(UHF)や超短波(VHF)の八木アンテナ( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%AB%E6%9C%A8%E3%82%A2%E3%83%B3%E3%83%86%E3%83%8A )の反射エレメントは、波長よりも長い導体で作られていますね。波長より短いエレメント--導波器はレンズの役目をします。
　光であれ、X線や紫外線であれ、その波長よりも長い電導部が必要なのです。

「鏡面が波長と比較して小さい場合、反射の法則(入射角=反射角)は成り立たず、反射は複雑になる」は、可視光線に対する散乱--を想定するとわかるようにあらゆる方向に乱反射します。白い紙が光を反射する。
　ガラスは可視光線よりも長い波長の光は吸収してしまいます。八木アンテナで言うと導波器、可視光線は通り過ぎてしまい、紫外線は(波長が短いため)反射します。可視光線中の水面に対して縦に振動する光も反射しますが横に振動する光は透過します。

　電磁波は、家具やガラスに対しては一切効果を及ぼしません。もっと波長の長い電波を使用する携帯電話で室内で通話できるでしょ!!

＞理科系出身ではないので、わかりやすくお願いします。
　それを免罪符にしてはだめです。

お礼

ありがとうございます。
ところで、「それを免罪符にしてはだめ」という言葉からすると、ひょっとして、「理系出身ではないけど、こういう方面の仕事に従事している」という意味に誤解しておられるのではないかと思いますが、そういう意味ではなく、全く素人の立場で考えているだけなんです。高校物理ははるか昔に一度は勉強したことがあるだけという程度の知識しかありません。今回、波動の反射については一応復習しましたが。
「あらゆる方向に乱反射する」といっても、鏡面反射の場合の反射角方向への反射が最も強いとは言えないのでしょうか。どの方向への反射が強いという保証も全くないのでしょうか。
家電製品の近くに鏡や窓ガラスがある場合とない場合とで、放射される電磁波の量に方角的な強弱の違いは生じないのでしょうか。

補足

(追記)
低周波が「あらゆる方向に乱反射する」というのは、「鏡面の各点からどの方向に反射するかわからない」ということなのか、それとも、「鏡面部分は鏡面反射になるが、全体としては球面波になる」ということなのか、どちらでしょうか。

回答No.1

jaham

書かれているように50Hzの電磁波の波長は　6000kmです

1km程度の物体では反射などできません
ですから　質問者の思っているような反射などしません

電磁波としてなら　2桁以上上の周波数です、それでもその程度では反射など観測できません

補足

早速の回答ありがとうございます。「2桁以上上の周波数」とは1000Hz以上ですか。鏡面反射的な反射になるのは、何Hzくらいからでしょうか。