100ｋHz未満の電波というのはないのでしょうか?

質問

(1)「100ｋHz未満の電波というのはない」　この命題が正か誤か教えてください。この命題が正の場合、その理由を教えてください。（法律用語としてでなくて、科学とかのジャンルとして）

(2)「イメージとして、電子１個をお箸でつまんで、１秒に一往復のペース(1Hz)でゆっくりと頭上で左右に肩幅大に振る、と、周囲の空間には、1Hzの電波が発生し、無限遠まで、（もちろん減衰しながら）光速で伝播する」　この命題が正か誤か教えてください。誤の場合理由は?

よろしくお願いします。

背景1：電波とは何か、という疑問を実感として解決したい。電波とは何か、に関して、腑に落ちる説明を探しつつある過程にいます。

背景2: http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=8565「ご質問」とそれへの良回答(20pt)というのを読みました。「電界が伸びたり縮んだりするのが、ぶっちぎれる」という理解にやや納得できそうな感じをもち、感激しました。
http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=8565
http://www.okweb.ne.jp/iwedding/kotaeru.php3?q_id=8565

背景3:しかし、そのご回答のなかで、(1)が正である、と示されているのが腑に落ちなかった。

背景3:私のイメージでは　(1)は誤で、(2)は正、になるのではないかと思っています。しかし、私が間違っている可能性大です。私が誤っていたら教えてください。よろしくお願いします。

回答No.7

Umada

LITHRONEさんのお答えは、残念ながら誤りです。

まず繰り返しになりますが、電波を300万MHz以下の電磁波と定義しているのはpen2sanさんもおっしゃっているように単に電波法上の定義の問題です。またHFやSHFなどの区分も便宜的なものであって、そのURLは単にそれに倣っているに過ぎません。ここでの議論は「物理的にどうか」が主眼であることをお忘れなく。
(pen2sanさん、20:42の回答で敬称をつけるのを忘れておりました。申し訳ありません)

また音は電磁波でなく「空気の振動」です。少なくとも現在の科学ではそう解釈されています。そのURLには確かに「音も電磁波の一種」なんて平気で書いてありますが、画期的な新説か単なる勉強不足かどちらかです。もし仮に20KHzの電磁波を人間が直接聞き取ることができるのであればスピーカやヘッドホンは要らなくなってしまいます。
(ただし20KHzの電磁波が人体と何ら干渉しないことを保証するものではありません)

お礼

初期の質問点の再確認（物理的にどうか）と"音問題"へのフォローをありがとうございました。

回答No.6

LITHRONE

(1)について。
他の方もおっしゃっていますが、電波とは電磁波の周波数が3000GHz以下のものをいいます。１秒間に三兆回変化する電磁波です。波長で言うと約100マイクロメートル（0.1mm）以上です。

参考URLに図で説明されています。↓

pen2sanへのお礼で、
＞実用的でない、というのは私も直感的に同意です。しかし具体的には、実用的でない、というのはどういうことなのでしょう。

について。

20kHz以下だと、耳に聞こえる「音」になってしまうから。
さらに20Hz以下だと、耳には聞こえませんが、最近問題になっている（健康を害するとか）、超低周波になってしまうから。

これでは、アンテナが実用できる範囲内の波長であっても、苦情が来るのは確実でしょう。

参考URL：

http://www.tokyo-eiken.go.jp/kankyoko/johoshi/no64/64-4.html

お礼

ありがとうございます。うーんと、音になるということは、ないようですよね。関係は、「直接的には」「ない」ですよね。同じHzという単位を使っているのだから、それなりに繋がりがあるのか、ということもあるか…。

回答No.5

Umada

命題(?)としてはglairさんのおっしゃるように(1)は誤、(2)は正だと思います。

300万MHzやVLF、HFという区分は人間が勝手にしたものですから、物理的には本質的な区切りではないですよね。100kHz切った途端に電波でなくなるなんてことは無いわけです。
実際にpen2sanのおっしゃるように超長波の電波が存在し、しかも実用に供されているのですし。

(2)は単電子でなくとも、例えば帯電した物体を毎秒1往復で振れば同様に電波を出すことになります。おそらく実用にはなりませんが。
「電磁波は電子の粒が飛んでいく・・・」は怪獣映画の世界ではそうなんですが、実際の電磁波(光も含めて)は空間の歪が次々伝播していくものと考えられています。
こんな風に考えてはいかがでしょうか。水面に棒を立てて一定区間を往復させます。棒近傍の水面(の形状)が棒の動きについていけなくなって波紋ができている事がわかります。棒の動きを速くするとよりはっきりすると思います。

1Hzの電波が実用的でない理由の一つは、アンテナの大きさとして必要なサイズがざっと見て波長の1/2程度だからです。携帯電話1.5GHzなら10cmですが、1Hzなら15万kmにもなり地球からすらはみ出してしまいます。
伝播上の問題もありそうですが、なにせ上記のような具合ですから試した人もいないはずで、私は知りません。

お礼

回答ありがとうございます。「1Hzの電波が実用的でない理由の一つは、アンテナの大きさとして必要なサイズがざっとみて波長の1/2程度…1Hzなら地球からはみ出してしま」うことがあるのですね。なるほど、地球からはみだすのは困ります。おかげさまで、だんだん少しずつ、疑問がじょじょに方向性をとってきました。

ところで、次なる疑問が湧いてきました。アンテナって本当のところ、つまるところは、何なんでしょうか?　アンテナになぜサイズが必要なのだろう?　１点の導体ではいけないの？１点の導体であるところの、isotropicアンテナって、仮想的で、実在できないの？　これを明らかにするために以下の命題を考えてみました。Yes? No?についてご意見いただけましたら幸いです。

(1)アンテナとは、電荷の振動と、電磁波と、の変換機能を持つものである。　(Yes,No)

(2)効率を無視するなら、いかなる長さのいかなる形状の導体でも、電荷の振動と、電磁波との、変換機能を持つといえる。(Yes, No)

(3)よって、いかなる長さのいかなる形状の導体でも、アンテナと呼べる。(対象とする周波数によりその効率には天と地の差があるにしても。)(Yes, No)

(4)仮に以上(1)から(3)までの答えが全部yesだとする。すると、いわゆるλ/2ダイポールアンテナとか、教科書に載っているような有名なアンテナは、その群を抜く性能のよさは、一体なにに由来するのか。他の無数にありうるただの導体の切れ端やら、不定形の鉄板（導体）等と比べると、無数にありうるほうは、なにが至らなくて、彼ら優秀なほうは、なにがどうだったから優秀な特性を示すのか?　（私はここで、彼ら優秀なほうは、光の速度、というのが、設計数値に入り込んでいる、関係してくるような気がしています←気のせいかもしれないけど。詳しい人ご示唆をお願いします。）

(5)また次の疑問ですが、一般に、通信の世界における実用的、という概念は、どういう変数から構成されうるのかな?　それを知りたくて次のような質問を考えました。
(a)ビット率の低さを、「実用的」という概念から除外するとします。モールス信号で0か1かを伝えれば良いとします。
(b)アンテナ長の長さを、「実用的」という概念から除外するとします。地球からはみ出しても良いとします。
(c)1Hzとか、1万分の1Hzの（これまで使われていない）周波数を通信搬送波として仮に使う場合に、それでも残る、困る点、実用的でない点、が、ありましたら、教えてください。（伝播特性とか、S/N比とか、そういうことかな?　今の私には、知識が乏しく、問題点を、うまく洗い出せませんので、どなたか教えていただけましたら幸いです。）

いろいろと質問してばかりで、申し訳ありません。

回答No.4

pen2san

法律上（電波法上）の電波の定義は３００万ＭＨｚ(３０００ＧＨｚ）以下の周波数の電磁波です。（電波法第一章、第二条、第一項）。　よって下限はありません。

実用範囲は、１９６０年代後半（だったと思います）にオメガ航法（これも定かではありません）と言う航法の為に地球上に４箇所アンテナを建て、全地球をカバーする方法が開始されました。　この際に使用された周波数が２０ＫＨｚくらいだったと記憶しております。　この周波数だと海中の浅い場所まで（数１０ｍ？）電波が届き、潜水艦が潜水したまま自分の位置を確認出来るので軍事用にも使用されていました。当時は東西冷戦状態が続いていました。
日本近海では対馬に巨大アンテナが建てられました。

最近では、４０ＫＨｚの長波標準電波が福島県の「おおたかどや山」から送信されており、ほとんどの電波時計（電子時計ではない）はこの電波を受信して定期的に時計を校正しております。　この電波は北海道から宮崎、熊本あたりまでカバーしております。

電波（電磁波）と言う意味では送信機とアンテナさえ揃えられれば１ＫＨｚだろうと１Ｈｚだろうと送信可能です。
但し実用的では無いと思いますが。

お礼

ありがとうございます。
>法律上の定義は…
>よって下限はありません。
切れ味のよいご主張で大変ありがたいです。法律上の定義において電波の周波数に下限はないのですね。すると、並外れて低い周波数(1年とか100年とか1000年の周期を持つ電荷の往復運動）でもそれに随伴して放射される電磁波は電波だと…、少なくとも法律的にはそうだと。物理的にもそう考えてよいのかな…（私の門外漢としての予想では、物理的にもこのような考え方で、良いのだと思いますが、どなたか教えてください。）

>電波（電磁波）と言う意味では送信機とアンテナさえ揃えられれば１ＫＨｚだろう>と１Ｈｚだろうと送信可能です。
このご主張も私自身の素朴な予想と合致するもので、お聞かせいただけてとても嬉しかったです。さらに極端に言うと、100万分の１Hz(えーと、こういう言い方は、あまり聞かないけど1マイクロHzとでも言うのかな）の周波数の電波（電磁波）も、送信機とアンテナさえそろえられれば、送信可能と考えてられますね。（間違っていたら教えてください）

>但し実用的では無いと思いますが。
そして、ここです。ここが解らないのです。実用的でない、というのは私も直感的に同意です。しかし具体的には、実用的でない、というのはどういうことなのでしょう。どこが難しいポイントなのでしょうか。

いいかえると、どういう要素が、どういう範囲内にあることなのでしょうか。その理由はナンなのでしょうか。

例えばですが、100マイクロHzの電磁波を使ってアンテナと送信機と受信機を作ると、受信機が富士山ほどの大きさになる、とか、電力がとてつもなく必要になるとか、惑星からの地磁気変動の雑音に埋もれて検出できない、とかの、お話でも聞ければ嬉しいのですが。あるいは、数理的(数式的)な根拠でもこの際歓迎です。

回答No.3

msystem

揚げ足とりで申し訳ありませんが、電波言葉が示すものをきっちり定義するものを探すと、法律の問題になると思いますので、「電磁波」としてお話されたほうがよいのではないでしょうか？（特に物理学ならば）

お礼

ありがとうございます。ご趣旨に同意します。電磁波といった方が、私の期待する論点が明確になると思います。最初の私の質問文では、電波、を、電磁波、と読み替えてくださると嬉しいです。

回答No.2

sesame

さらに低周波数の電波を発見(笑)。(参考URL)
・極低周波(ELF)3～3kHz これは一般の交流電流の周波数帯が含まれますね。導体を伝わる電流を電波とは呼べないか。
でも電線の周囲に発生する電界はこの周波数の電波を放射しているはず。

・超低周波(ULF)0.03～3Hz
地磁気変動などがこの帯域に含まれます。

ところで
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=8565
のLadder様の回答を拝見したのですが、
「1000Hz（1kHz）では電波になりません。100ｋHzくらいから電波になります」
と仰っているのは、「そういう電波は存在しない」という意味ではなく、「実用的な通信搬送波としては使い物にならない」という意図での御発言ではないでしょうか？ 憶測ですが…。

参考URL：

http://home.catv.ne.jp/dd/adanas/denjiha.htm

お礼

情報をさらにありがとうございます。なるほど超低周波(ELF)3-3kHzには50Hzや60Hzの家庭用交流が含まれますね。これは電磁波を発しているはず、というご推論に、私は同意します。この電磁波は通信搬送波には使えないのかな。この電磁波は通信搬送波に使って通信することは、技術的にできるかどうか、あるいは、なにかの理由で無理なのか、あるいは、発想自体にに間違いがあるのか、専門家の方のご意見を伺いたいな。

また0.03-3Hzの超低周波としての地磁気変動、興味深いですね。この電磁波は通信搬送波に使えないのかな。これも技術的にできるかどうか、あるいは、なにかの理由で無理なのか、あるいは、発想自体にに間違いがあるのか、これもどなたか詳しい方にご意見を伺いたいな。

そして、もっと低い周波数の電磁波（自然、人工問わず）ってあるのかな?　名前付けられていても不思議でない、って感じになってきましたね。一体どんな、低周波の電磁波があるんだろう。

ところで、そうですね、sesame様がご自身で言われるところの「憶測」(というかご推察）に今では私も同意し始めています。Ladder様の回答は、「100kHz以下」ですと「実用的な通信搬送波としては使い物にならない」という意図でのご発言だと思いました。

ところで、新たな疑問なのですが、なぜ「100kHz以下の電磁波は、実用的な通信搬送波としては使い物にならない」のかが気になってきました。どなたか、これも、科学的にというか、技術的に、教えてくださるとうれしいです。

回答No.1

sesame

(1)ありますよ。長波(LF)は30kHz～300kHzの帯域ですし、さらにその下の超長波(VLF)にいたっては3kHz～30kHzという長さです。VLFは主に軍用潜水艦との交信などに使われています。電波の帯域と名称については参考URLを。

(2)原理的には可能…なのかな？ 「電子1個をお箸でつまんで、1秒に1往復のペースでゆっくりと振る」ことが可能ならば、ですが(^_^;)
こっちは自信がないので専門家の方の回答を待ちましょう。

背景1:私も門外漢としてすごく興味がある問題です。電磁波というと「電子のちっちゃいつぶが波状の軌道を描きながら飛んでいく」というウソくさいイメージしかわかないので…。

参考URL：

http://www.elc.nias.ac.jp/~nagasaka/lect/net/1999/OHP/NB04/tsld006.htm

お礼

早速のご回答ありがとうございます。
>門外漢としてすごく興味がある問題です。
と拝見してとても嬉しいです。電磁波に関しては、私もなかなか納得行くイメージが持てなくて…。