原子と分子

物理

昨日に引き続き、投稿したいと思います。元々は電磁波とは何かを調べていたのですが、調べ出すとどんどん見る視点が変わってまいりました。

昨日のおさらい!さあ問題です!                光は原子でできているのでしょうのか?

答えは、No!!!!

まず、光とは電磁波の一種です。電磁波とは、電場と磁場がそれぞれの相互作用により、周期的な振動状態が作り出されて、電磁波エネルギーとして空間を伝番することをいいます。

つまり、電磁波とは現象であり、物体(原子)のことではないのです!

↑この理解が間違えであれば、専門家の方、ご指摘願います!

ただ、若干違いがあっても、遠からず近からずのはずです!汗

光の発生メカニズム

光(電磁波)は太陽や炎、電球から放出されていますが、そもそも光はどのように発生するのでしょうか?

昨日もまとめたように、この世の物質は全て原子で構成されています。そしてこの原子は原子核と電子で構成されています。その電子がもつエネルギーは一定ではなく、複数のエネルギー状態を取ることができます。※原子の詳しい説明は昨日のブログをみてくださいね。

電子のエネルギー状態が高エネルギー ( EH ) である状態から、何らかの原因で低エネルギー ( EL ) の状態へ変化(遷移)したとき、そのエネルギーの差分 ( ΔE = EH - EL ) を原子の外に波動エネルギーとして放出します。この放出された波動エネルギーが、光(電磁波)ということです。

このように1個の電子のエネルギー遷移(せんい)から放出されるエネルギーが電子 そしてその最小単位が「光子」といいます

エネルギーと波長のかんけい

光子の電子エネルギーは、その波長に反比例します。

そして、17世紀 その光には、粒子説(ニュートン)と波動説(ホイヘンス)の2つの考え方がありましたが、確かな証拠がありませんでした。20世紀の初めに、アルバート・アインシュタインが、光の粒子である光子(フォトン)を提唱し、光の粒子説を復活させました

現代物理学では、光は粒子と波動の両方の性質を持つ と考えられている。

人間の目の可視域

可視とは目に見えることをいいます。人の目で感じる明るさの感度は人によっても、年齢によっても異なりますが、明るさを定量的・客観的に評価する必要があるので、人間の平均的な視覚の特性により、「標準分光視感効率」が定められました。

紫外線と可視の境界 ※短波長側

光(電磁波)は波長が短いほど、エネルギーが強くなり、生体への悪影響も大きくなります。特にこの可視から紫外の波長域では、目に与える影響が問題になります。

特に網膜は光に敏感なだけに損傷が激しくなります。

それを防ぐために、手前の、角膜・水晶体・硝子体が、網膜に直接届かないように、短波長のカットフィルタの役割をしている。

このように短波長の可視限界は、網膜を保護するために、人間がそう進化したということである。

可視と赤外線の境界 ※超波長側

なぜ赤外線が見えないのか?

先程の上述のように、可視よりも短波長の光は、角膜や水晶体とうからブロックされて網膜に到達しないために、人間の目には「明るさ」を感じることができないが、可視よりも超波長の赤外線についてはどうなのか・・・

自然界には様々な色がありますが、その色の原因となる波長ごとの反射率特性を可視域だけでなく赤外域まで調べてみると、面白い傾向がありました。

人類は太古の昔から地球環境に適応し、植物の実や動物を食料として種を保ってきたのですが、地球で生きていくためには、例えば「食べごろ」を知らなければなりません。青い実から赤い実に熟すことで分光反射率特性は変化しますが、一方の赤外は色の特性にあまり変化しません。

つまり人間が生を保つために必要な情報源が、圧倒的に可視域に集中していたということです。つまり赤外域は「見えてもあまり役に立たない」と判断し、長い歴史の中で最適化されてきたということです。

面白いですねーーーー!

私の本業は建築物の調査等を行なっているのですが、その一つに赤外線調査というものがあります。

外壁モルタルやタイルの剥落物を、健全部との温度の違いに着目し、温度差を解析し、劣化を判断するというものです。

それには1台300万程度する超波長タイプ(建築で使用される一般的なタイプ)の赤外線サーモグラフィを使用します。

人間も古代から建築物があって、外壁の劣化にずーと悩まされていたら、蛇のように肉眼で外壁の劣化を調べることができたのかもしれない。。。

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