전자기파

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전기장이 변화해 자기장이 생기며 자기장이 변화해 전기장이 생긴다. 이것이 전기장의 방향과 자기장의 방향이 이루는 평면에 수직한 방향으로 나아가는 것이 전자기파(磁氣波, Electromagnetic radiation, EMR)이다. 다른 말로는 이라고 부른다. 좁은 의미로는 전자기파 중 가시광선만을 빛이라고 부르기도 한다.

종류[편집 | 원본 편집]

감마선
[math]\displaystyle{ 10^{-10} }[/math] m에서 [math]\displaystyle{ 10^{-14} }[/math] m 정도의 파장을 가지는 복사선이다. 흔히 방사선이라 부르기도 하며 살아 있는 피부에 흡수되면 큰 피해를 입을 수 있다. 감마선은 투과성이 높은 데다가 에너지도 높아 암 세포 파괴에 주로 이용되며[1], PET[2]에 이용된다. 감마선의 원천은 물질과 반물질이 쌍소멸하면서, 또는 원자핵이 붕괴하거나 결합하면서 에너지를 방출하는 것이다.
X선
[math]\displaystyle{ 10^{-8} }[/math] m에서 [math]\displaystyle{ 10^{-12} }[/math] m 정도의 파장을 가지는 복사선이다. 흔히 감마선과 함께 방사선이라 부르기도 하며 살아 있는 피부와 유기체에 손상을 입히거나 파괴할 수 있다. X선은 투과성이 뛰어나 CTX레이 등의 의료용으로 이용되거나 결정 구조[3]의 연구에 사용된다. X선의 주된 원천은 고에너지를 띤 전자가 금속 표적에서 정지될 때 에너지를 방출하는 것이다.
자외선(Ultra Violet; UV, 紫外線)
[math]\displaystyle{ 4 \times 10{-7} }[/math] m에서 [math]\displaystyle{ 6 \times 10^{-10} }[/math] m까지의 파장을 가지는 복사선이다. 백내장이 생기는 데에 관련있으며, 멜라닌이 생기는 이유와 필요한 이유. 자외선은 세균이나 미생물을 죽이는 데 쓰인다. 자외선의 주된 원천은 높은 온도의 물체로, 태양 정도의 물체는 자외선을 방출할 수 있다. 하지만 태양에서 발생해 지구로 복사된 대부분의 자외선은 지구대기권성층권오존에 의해 흡수되어 적외선으로 바뀌고, 이는 성층권의 상부를 데운다.[4]
가시광선(Visible Light; VL, 可視光線)
[math]\displaystyle{ 7 \times 10^{-7} }[/math] m(빨간색)에서 [math]\displaystyle{ 4 \times 10^{-7} }[/math] m(보라색)의 파장을 가지는 복사선이다. 가시광선의 원천은 역시 높은 온도의 물체로, 달궈진 철에서 주황색 빛이 나오는 것을 볼 수 있을 것이다.
적외선(Infra Red; IR, 赤外線)
[math]\displaystyle{ 10^{-3} }[/math] m에서 [math]\displaystyle{ 7 × 10^{-7} }[/math] m의 파장을 가지는 복사선이다. 분자들이 진동해 발생되는 이 파동은 대부분의 물체에 쉽게 흡수된다. 분자들이 진동해서 만들어졌으므로 흡수된 물체의 분자도 잘 진동시키는데, 이 진동이 내부에너지로 변환되어 온도를 높이는 것이다. 적외선은 물리치료, 적외선 촬영, 진동 분광학 등의 다양한 곳에서 이용된다.
마이크로파(Microwave)
약 0.3 m에서 [math]\displaystyle{ 10^{-4} }[/math] m에 이르는 파장을 가지는 복사선이다. 전자장치들로 발생시킬 수 있으며 가장 대표적인 예가 전자레인지이다. 우주에 있는 인공위성에서 태양 에너지를 마이크로파로 변환하여 지구로 쏘아보내는 방식의 발전 방법도 주장된 적 있다.
라디오파(Radiowave)
[math]\displaystyle{ 10^4 }[/math] m에서 0.1 m에 이르는 파장을 가지는 복사선이다. 도선 속에 있는 전하의 흐름이 발생시키며 흔히 LC진동자에서 발생된다. AM(kHz), FM(MHz), 2G, 3G, LTE 등의 통화/인터넷 겸용, 와이파이(2.4GHz or 5GHz), 블루투스 등으로 나뉜다.

성질[편집 | 원본 편집]

  • 전달하는 매질이 필요없다. 생성 원리가 힘이 작용하는 장들의 변화이기 때문이다.
  • 파동의 성질(대표적으로 회절, 간섭)과 입자의 성질(이 성질로 광전 효과가 일어남)을 동시에 갖고 있다. 그러나 두 성질을 동시에 관찰할 수는 없다.
  • 진공의 모든 좌표계에서 속도가 동일하다. 이 광속도 불변의 법칙알베르트 아인슈타인상대성 이론에 의해 인류가 가졌던 시공간의 성질에 대한 이해를 혁신시키는 계기가 된다.
  • 진공에서의 속력은 299,792,458 m/s으로 빛보다 빠른 물질은 없다. 빛이 진공에서 1/299,792,458초 동안 가는 거리로 1m를 정의한다. 하지만 진공이 아니라 투명한 장애물이 있으면 살짝 느려진다. 이는 광파설에서는 빛의 속도가 매질 안에서 진짜로 느려지는 것으로 설명하나, 광자설에서는 장애물을 구성하는 입자에 광자가 잠시 흡수되어 시간을 지체했다가 다시 튀어나오는 과정을 반복하면서 그 지체된 시간 때문에 속도가 느려지는 것처럼 보이는 것으로 설명한다.

심화[편집 | 원본 편집]

전도 전류와 변위 전류[편집 | 원본 편집]

전류의 종류에는 전도 전류와 변위 전류가 있다. 전도 전류는 전선이나 전해질 용액 등등에서 전하 운반자 (대표적으로 전자 또는 이온) 가 일으키는 것이고, 변위 전류는 전기장의 변화의 형태로 발현되는 전류이다. 원래는 전도 전류만 있는 것으로 알고 있었지만, 맥스웰이 축전기의 사이에서 흐르는 전류의 종류가 전도 전류가 아님에도 자기장이 발생되는 것을 보고 앙페르 방정식을 조금 수정하게 된다. [math]\displaystyle{ \oint \vec{B} \cdot \operatorname{d}\!\vec{s} }[/math] = [math]\displaystyle{ μ_0(I + I_d) }[/math] = [math]\displaystyle{ μ_0I + μ_0ε_0{dΦ_E \over dt} }[/math] 인데, 이를 앙페르 법칙의 일반형 또는 앙페르-맥스웰 법칙이라고 한다. 여기서 가우스 법칙에 의해 판 사이의 임의의 평면을 통과한 전기선속 [math]\displaystyle{ Φ_E = EA = {q \over ε_0} }[/math]이다. 따라서 평면을 통과하는 변위 전류 [math]\displaystyle{ I_d }[/math][math]\displaystyle{ I_d = ε_0{dΦ_E \over dt} = {dq \over dt} }[/math]이다. 즉 판 사이의 임의의 평면을 통과하는 변위 전류 [math]\displaystyle{ I_d }[/math]는 축전기에 연결한 도선에서의 전류 [math]\displaystyle{ I }[/math]와 똑같다.

맥스웰 방정식[편집 | 원본 편집]

항목 참고

광자[편집 | 원본 편집]

파동-입자 이중성에 의해 빛은 파동성과 입자성을 모두 띤다. 전자기파는 파동성을 설명하기 위한 것이고, 광자는 입자성을 지칭하기 위해 도입된 입자이다.

각주

  1. DNA를 파괴하기에 그렇다. 몸의 세포는 살아남는 이유는 치료 방법인데, 치료할 암세포를 구 속 임의의 위치에 놓고 구 전체의 영역에서 감마선을 복사하여 암세포를 파괴한다. 영역 하나 하나는 에너지가 작은데 보강간섭을 이용해 암세포가 있는 초점에서는 에너지가 극대화되어 암세포의 DNA를 파괴하여 더 이상 증식을 못하게 한다.
  2. Positron Emitting Tomography의 약자로, 양전자 방출 단층 촬영이다. 이는 양전자를 방출하는 소량의 방사성 물질을 몸에 넣어 몸의 전자와 쌍소멸하며 서로 반대쪽으로 감마선이 발생되는데, 이를 검출하여 단층촬영을 하는 방식이다.
  3. 파장이 이온결합의 원자 사이의 거리 정도이기 때문이다.
  4. 국제선 항공기가 성층권으로 비행하는 이유도 성층권이 오존층에 흡수된 자외선에 의해 상부가 따뜻하여 대류 현상이 일어나지 않아 안정하기 때문이다.