電磁場と電磁波について

質問

電磁場と電磁波の物理的性質についてここで明確にしたいです。
次の１）～５）は正しいですか、間違いですか。

1）電磁波は電子の加速運動によって作られる。
静止状態の電子、等速直線運動している電子は電磁波を作らない。

2）真空空間は電磁場であり、電磁波を伝搬することができる。
つまり電磁波を作るには電子が必要であるが、一度作られた電磁波を伝搬するには電子は必要ない。

３）電磁波が電子の存在しない真空空間を伝搬する限り減衰することはない。

４）電磁波が電子の存在する空間（大気圏など）を伝搬するときには減衰が生じる。
　　この場合は距離の２乗に反比例して減衰する。

5）電磁波は電子の運動方向と垂直方向に進行する。

回答No.3

oze4hN6x · ベストアンサー

質問の意図をなるべく酌むようにして答えてみたいと思います。

(1) 前半は半分正しく、後半は正しいです。
電子に限らず荷電粒子が加速度運動をすると電磁波を放射します。制動放射と呼ばれます。加速度運動がキモなので、静止状態や等速直線運動では放射しません。ちなみに、電磁波の発生方法は荷電粒子の加速度運動だけではありません。例えば、太陽の光(核融合)やLEDの光が荷電粒子の加速度運動に依らない電磁波の発生方法です。

(2) 前半は誤り、後半は半分正しいです。
「電磁場」という言葉の使い方に問題があるような・・・音波は伝えるための媒質(例えば水や空気)を必要としますが、電磁波には媒質は不要です。したがって、○○であるから伝搬できる、という表現はあてはまりません。そして、(1)でも述べた通り、電磁波を発生させるのに荷電粒子は必ずしも必要ではありません。しかし、電磁波に媒質は不要ですから、その意味では「一度作られた電磁波を伝搬するためには電子は必要ない」は正しいです。

(3) 誤りです。
電磁波は拡がるので減衰します。しかし、「何もない」空間を伝播する際には、電波を散乱したり吸収したりするものがないので、それらが原因となる減衰は考えなくてよいことになります。

(4) 前半は正しく、後半は誤りです。
ここでいう減衰は、吸収や散乱が原因です。距離の2乗に反比例するわけではありません。No. 8829003の答えにあるように距離の2乗に反比例するのは、全方位に等しく放射された電磁波が拡がることによる効果です。

(5) 誤りです。
荷電粒子の運動方法と電磁波の放射方向にいつも決まった関連があるわけではありません。例えば、(1)の制動放射の場合でも、荷電粒子が等速円運動をしている場合には、荷電粒子の運動方向に電磁波が放射されます。

お礼

＞(4) 前半は正しく、後半は誤りです。
ここでいう減衰は、吸収や散乱が原因です。距離の2乗に反比例するわけではありません。No. 8829003の答えにあるように距離の2乗に反比例するのは、全方位に等しく放射された電磁波が拡がることによる効果です。

つまり電磁波の減衰の原因には2種類あって、
１）空間的拡散によるもので、これは距離の2乗に反比例して減衰する。
２）大気など媒質中における吸収や散乱による減衰。

ということですね。
だいぶ分かってきました。
ありがとうございました。

回答No.2

shintaro-2

>2）真空空間は電磁場であり、電磁波を伝搬することができる。

真空空間自体は電磁場ではない

>つまり電磁波を作るには電子が必要であるが、一度作られた電磁波を伝搬するには電子は必要ない。

それは合ってます。

> ４）電磁波が電子の存在する空間（大気圏など）を伝搬するときには減衰が生じる。
> 　　この場合は距離の２乗に反比例して減衰する。

距離の２乗に反比例するのは
球面波のように空間全体に広がる場合のみ

これは真空中でも同じ

ものすごく指向性が高ければ、距離自体による減衰は少なくなるが
空気中の水分他による減衰は無くならず、それは１／ｒに比例する

お礼

＞真空空間自体は電磁場ではない

真空空間は電磁波を伝搬することができるのだから電磁場ではないのですか。
どこが問題ですか。

＞距離の２乗に反比例するのは
球面波のように空間全体に広がる場合のみ
これは真空中でも同じ

平面波は減衰しないのですか。

回答No.1

ORUKA1951

電子は忘れる。
1）電磁波は電子の加速運動によって作られる。
静止状態の電子、等速直線運動している電子は電磁波を作らない。
　電荷が加速度運動をすると・・・

2）真空空間は電磁場であり、電磁波を伝搬することができる。
つまり電磁波を作るには電子が必要であるが、一度作られた電磁波を伝搬するには電子は必要ない。
　電子でなくて陽子でもα粒子でも何でも構わない
３）電磁波が電子の存在しない真空空間を伝搬する限り減衰することはない。
　磁力を持つものもダメ。電磁気力と相互作用するものは電子に限らずすべてダメ

４）電磁波が電子の存在する空間（大気圏など）を伝搬するときには減衰が生じる。
　　この場合は距離の２乗に反比例して減衰する。
　伝搬のしかたによる。御存知だと思いますが共振空洞管内を伝わるときは原理的には減衰しません。空気による減衰はわずかですがこの場合は距離に比例する。
　もちろんパラボラで反射された電磁波はパラボラ面から離れるほど強くなる。
　球面に広がるときでも距離による減衰を除けば距離に比例する。何個の粒子にぶつかったかと言う事なので面積ではなく通過距離に比例する。

5）電磁波は電子の運動方向と垂直方向に進行する。
　加速度--振動の方向に垂直な面に発生しますが、他の方向に向かわないわけではない。
　アンテナ 指向性( https://www.google.com/search?hl=ja&q=%E3%82%A2%E3%83%B3%E3%83%86%E3%83%8A%20%E6%8C%87%E5%90%91%E6%80%A7&gws_rd=ssl&tbm=isch )
　たとえば
　⇒MAGNA/TDM：特徴：遠方界（指向性）計算が可能( http://www.engineering-eye.com/MAGNA_TDM/features/05.html )

　電子を気にしすぎです。ひょっとして、電流も電子の流れだと誤解されていませんか？？