By   2016年11月25日

アマチュア無線機を利用した電磁波の実験
~ 光が電場と磁場の振動であることをどのように伝えるか ~

佐藤 正隆

(はじめに)

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光は電磁波の一種であり、電場と磁場が互いに垂直な方向に振動している横波である、ということをどのように伝えましょう。教科書の挿絵(右図参照:啓林館 高等学校 物理Ⅰ 改訂版より)を利用して口頭で説明する方法が一番手っ取り早いのですが、この様な図だけでは、生徒の方は実感の無さにポカーンと口を開けて?聞いているだけになってしまいます。そこで、光と同じ電磁波である電波やマイクロ波を利用して、今まで、主に次のような実験が行われています。

①教材として売っている電波実験機を利用する方法
電磁波の回折や屈折など様々な演示が可能ですが、マイクロ波を利用しているため波長が短く装置も小さくなるので、どうしても演示効果が減ってしまいます。また、磁場の振動の演示ができないのと、生徒へ伝える手段が音であることも今ひとつです。

②誘導コイルの火花で電磁波を発生、自作受信アンテナでネオン管を光らせる方法
メカニズムが単純明快で、また、電場の振動の様子を視覚で確認できるのでとても分かり易いの様です。ただ、電磁波が比較的弱く、ネオン管がそれほど明るく光らないのが残念な点です。(ただし、誘導コイルを改良し効率よく電磁波を出させている方もいらっしゃいます。)

③アマチュア無線機の電波を自作アンテナで受信し豆電球を光らせる方法
主に波長70cmのバンド(430MHz帯)の電波を出し、自作のダイポールアンテナで豆電球を光らせます。電場の振動の方向が明確に分かり、定常波の腹や節の位置を調べて波長を測定できます。

(注)アマチュア無線機で実験を行うには、アマチュア無線技士の資格(試験あり)と無線局免許(申請のみ)が必要です。資格は第4級で十分です。(4級でも送信出力20Wまで可能)

(紹介する内容)
今回紹介する授業展開は、③と同様にアマチュア無線機を利用します。しかし、さらに次のことを目的としています。特に3.が重要です。
1.電場だけでなく磁場の振動も示す。
2.自作の格子を使い、電波の電場面と格子の方向の為す角度により、透過と反射の 割合が変化することを示す。
3.光波の場合は格子の代わりが偏光板であることを伝え、光も電磁波であることを 示す。

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