波長と周波数（電磁波）

定義

電磁波の波長とは、波の山から次の山までのような、波のくり返し1回分の長さである。周波数とは、1秒間に何回くり返すかを表す量である。電磁波では、波長と周波数は別々の量だが、速さが決まっているときは互いに関係している。

イメージ

電磁波は空間を伝わる波であり、波長が長いものは1回分の波の長さが大きい。逆に、周波数が高いものは短い時間に何回も波がくり返される。つまり、同じ速さで進むなら、細かくくり返す波ほど波長は短くなり、ゆっくりくり返す波ほど波長は長くなる。

たとえば、電波、赤外線、可視光、紫外線、X線はすべて電磁波である。種類が違って見えても、波長や周波数の違いで区別されていると考えると整理しやすい。

数式

電磁波の速さ \(v\)（m/s）、波長 \(\lambda\)（m）、周波数 \(f\)（Hz）の関係は、次の式で表される。

\[v = f\lambda\]

ここで、\(v\) は波の進む速さ、\(f\) は周波数、\(\lambda\) は波長である。

真空中では、電磁波の速さは光速 \(c\)（m/s）で一定であり、

\[c = f\lambda\]

と書ける。真空中の光速はおよそ \(3.0\times10^8\) m/s である。

ポイント

• 真空中では、電磁波の速さは種類によらず同じで、波長が短いほど周波数は高い
• 波長と周波数は反比例の関係にあるが、これは速さが一定のときに成り立つ
• 電磁波の種類は、波長や周波数の違いで分けられ、可視光はその一部である