NEW!【第76回 午前 73】波の基本を総ざらい！電磁波のルールを完全マスター

理工学・放射線科学

電磁波で正しいのはどれか。2つ選べ。

  1. 縦波である。
  2. 電荷を有する。
  3. 波長が短いほどエネルギーは大きい。
  4. 伝搬速度は波長と周波数の積に等しい。
  5. 周波数は紫外線よりマイクロ波の方が高い。

出典：厚生労働省公開PDF（令和6年版）

3．波長が短いほどエネルギーは大きい。

4．伝搬速度は波長と周波数の積に等しい。

解説

✔　ステップ1：波の基本公式を「言葉」で理解する

波を語る上で欠かせないのが、以下の関係式です。

  • 速度（スピード） ＝ 波長（1回分の波の長さ） × 周波数（1秒間に波打つ回数）

記号で書くと c ＝ λν となります。 電磁波（光やX線など）はすべて同じスピード（光の速さ：c）で進みます。 「1回の歩幅（波長）」に「1秒間の歩数（周波数）」を掛ければ、「1秒間に進む距離（速度）」になる。 したがって、選択肢4 の「伝搬速度は波長と周波数の積に等しい」は正しい記述です。

✔　ステップ2：エネルギーの強さを見極める

次に、電磁波の「パワー（エネルギー：E）」についてです。 電磁波のエネルギーは、以下の公式で表されます。

  • エネルギー（E） ＝ プランク定数（h） × 周波数（ν）

つまり、「細かく激しく波打つ（周波数が高い）ほど、エネルギーは大きい」のです。 そして、ステップ1の公式（c ＝ λν）から、スピードが一定なら「周波数が高い（波打つ回数が多い）＝ 波長が短い（歩幅が狭い）」という関係になります。 これをまとめると、 「波長が短い ＝ 周波数が高い ＝ エネルギーが大きい」 となります。 したがって、選択肢3 の「波長が短いほどエネルギーは大きい」は正しい記述です。

✔　ステップ3：電磁波の「種類（スペクトル）」を並べる

電磁波は、波長の長さ（＝周波数の高さ＝エネルギーの強さ）によって名前が変わります。 エネルギーが強い（波長が短い・周波数が高い）順に並べると、以下のようになります。

  1. ガンマ線・X線（最強！細胞のDNAを壊せる）
  2. 紫外線（日焼けの原因。まあまあ強い）
  3. 可視光線（人間の目で見える光。虹色）
  4. 赤外線（こたつやヒーター。温かい）
  5. マイクロ波（電子レンジやWi-Fi。エネルギーは弱い）
  6. ラジオ波（テレビやラジオの電波。一番波長が長く、エネルギーが弱い）

これを見ると、紫外線の方がマイクロ波よりもずっとエネルギーが強く、周波数が高いことがわかります。 よって、選択肢5の「紫外線よりマイクロ波の方が高い」は誤りです。

✔　各選択肢について

1．縦波である。

  • ❌ 誤り
  • 波には「横波」と「縦波」があります。
  • 電磁波は「横波」です。進む方向に対して直角に揺れます（ロープを上下に揺らすイメージ）。
  • ちなみに「縦波」の代表例は「音波（超音波）」です。進む方向と同じ方向にギュッギュッと密集とスカスカを繰り返します（バネを押し引きするイメージ）。

２．電荷を有する。

  • ❌ 誤り
  • 電磁波は空間を伝わる「電気と磁気の波（光子の流れ）」であり、電荷（プラスやマイナスの電気）も質量（重さ）も持っていません。
  • 電荷を持つのは、アルファ線（プラス）やベータ線（マイナス）、陽子線（プラス）などの「粒子線」です。

出題者の“声”

この問題は、「波の物理法則」と「電磁波の全体像」をリンクさせて理解しているか試しておる。

「E ＝ hν」や「c ＝ λν」といった公式は、ただ暗記してもすぐ忘れる。 しかし、「エネルギーが強いX線は、細かくブルブル震えている（波長が短く、周波数が高い）から破壊力があるんだな」とイメージできれば、一生忘れない知識になる。

さらに「超音波は縦波、X線やMRIの電波は横波」という違いや、「電磁波は電荷を持たないから磁場で曲がらない」といった特徴は、様々なモダリティ（撮影装置）の原理を理解する上での絶対的な土台じゃ。

臨床の“目”で読む

電磁波のスペクトル（波長の違い）は、放射線技師が扱うすべての装置に直結しています。

  • 1. エネルギーが最強の「X線・ガンマ線」
    • 波長が極めて短く、エネルギーが強いため、人体を突き抜ける（透過する）ことができます。だからレントゲンやCT、PET検査ができるのです。
  • 2. エネルギーが弱い「マイクロ波・ラジオ波」
    • 一方で、波長が長くエネルギーが弱い電波の仲間が「ラジオ波（RFパルス）」です。 これはMRI検査で使われます。 X線のような「電離作用（DNAを傷つける力）」がないため、被ばくの心配なく体の中を画像化できます。（ただし、エネルギーが熱に変わるため、体温上昇やヤケドには注意が必要です。電子レンジ（マイクロ波）と同じ原理ですね）。

今日のまとめ

  1. 電磁波は、電荷を持たない「横波」！ （※超音波は縦波）
  2. 速度 ＝ 波長 × 周波数 （c ＝ λν）。
  3. 「波長が短い」 ＝ 「周波数が高い」 ＝ 「エネルギーが大きい」
  4. 電磁波の強さランキング： X線 ＞ 紫外線 ＞ 可視光 ＞ 赤外線 ＞ マイクロ波 ＞ ラジオ波

コメント