전자기파(electromagnetic wave)는 파장이 가장 긴 것으로부터
장파(long wave),
중파(middle wave),
단파(short wave),
초단파(ultra short wave),
적외선(infra red),
가시광선(visible light),
자외선(ultra violet light),
X선(X ray),
감마선(gamma ray)의 이름으로 불린다.
중파의 대표적인 예는
AM방송국의 전자기파이며
FM방송은 초단파영역에 있는 전자기파를 사용한다.
초단파보다 짧고 적외선보다는 긴 파장을 가진 전자기파를 microwave라고 하고,
그 중에서 약 12 cm(2,450 MHz)의 파장의 것은 전자 레인지에서 음식을 익히는 데 사용되기도 하는 전자기파이다.
휴대전화가 사용하는 전자기파는 수십 센티미터 정도의 파장을 가지고 있다.
가시광선은 일명 빛(light)이라고 불리며 인간의 눈에 반응을 일으켜 감지되는 전자기파이다.
가시광선보다 파장이 길면 적외선이라고 불리며
가시광선 보다 짧은 파장의 것은 자외선이라고 불린다.
이보다 파장이 더 짧아지면 차례로 X선, 감마선으로 불린다.
인간의 눈은 너무 긴 파장의 전자기파도, 또, 너무 짧은 파장의 전자기파도 느끼지 못한다.
적외선은 파장이 너무 길기 때문에 눈에 감지되지 않고
자외선은 파장이 너무 짧기 때문에 볼 수 없다.
전자기파의 파장 영역은 0에서 무한대까지로 무한히 넓으나 인간의 눈에 반응하여 시각적으로 인식되는 것은 아주 좁은 영역의 파장에 국한된 가시광선뿐인 것이다.
일상생활에서 빛이라고 하면 가시광선만을 의미하나, 전문 용어로서 빛이라고 하면 전자기파와 혼용될 때가 있다.
눈은 파장에 따라 색깔이라는 특수한 감각을 만든다.
즉, 색이란 단순히 짠맛, 신맛과 같이 빛에 대한 인간의 감각이다.
빛의 파장이
6500∼7000Å의 범위에 있으면 붉은 색으로,
4000∼4500Å에서는 푸른색으로 느껴진다.
일상 생활에서 보는 빛은 여러 파장의 빛이 혼합된 전자기파이다.
태양광을 백색광(white light)이라고 하는 것은 거의 연속적으로 무수히 많은 수의 파장 성분을 가지고 있기 때문이다.
반면에 기체의 전기 방전에 의한 빛의 스펙트럼은 원자의 고유한 선 스펙트럼(line spectrum)을 나타낸다.
이 성질을 이용해 광원의 조성을 알아내기도 한다.
연속스펙트럼에 검은 선이 있는 것을 흡수 스펙트럼(absorption spectrum)이라고 한다.
이것은 연속스펙트럼의 빛이 희박한 기체를 통과하는 중에 특정한 파장의 빛이 흡수되었기 때문에 발생한다.
태양광을 자세히 관찰하면 군데 군데 흡수선이 있음을 알 수 있다.
엄밀히 말해서 태양광의 스펙트럼은 흡수스펙트럼이다.
연속 스펙트럼의 빛이 물질을 통과하면 특정한 파장의 빛만 흡수되므로 그러한 스펙트럼을 발견함으로써 그 물질의 존재를 확인할 수 있다.
전자기파의 분류 전자기파는 파장(진동수)에 따라 여러 가지 이름으로 불린다.
스펙트럼의 종류 광원의 종류에 따라 다양한 스펙트럼을 갖는다.
전자기파가 한 가지 파장의 성분으로 되어있을 경우에 단색광(monochromatic light)이라고 한다.
일상적으로 관찰되는 전자기파에는 여러 가지 파장 성분이 혼합되어 있다.
즉 자연적인 완전한 단색광은 없다고 할 수 있다.
그러나 레이저의 전자기파와 방송국의 전자기파는 단색광에 가깝다.
첫째, 물체에서 복사된 빛의 스펙트럼은 온도에 따라 다르다.
그러므로 빛의 스펙트럼을 조사하면 그 빛을 복사하는 물체의 온도를 알 수 있다.
한편 물체의 스펙트럼은 색상을 결정하기 때문에 색상과 온도를 관련 지울 수 있게 된다.
즉, 별의 온도가 3,000℃에서 35,000℃로 변할 때 색상은 적, 주황, 황, 황백, 백, 청백의 순으로 변한다.
둘째, 스펙트럼은 광원과 관측자의 상대속도에 따라 변화한다.
따라서, 추정된 원래의 스펙트럼과 관측된 스펙트럼을 비교하면 광원과 관측자 사이의 상대속도를 결정할 수 있다.
이것은 도플러효과를 이용한 것이다.
도플러효과는 일상적인 속도에 대해서는 그다지 크지 않지만 정밀한 장비로는 효과를 탐지해낼 수 있기 때문에 광원과 관측자의 상대속도를 측정할 수 있다.
그러므로 도플러효과는 그 자체의 중요성보다는 별과 같은 광원의 운동을 탐지해내는 도구로서 중요한 역할을 한다.
키르히호프의 법칙(Kirchhoff's law)
1. 고온 고밀도의 기체 혹은 고체는 연속 스펙트럼의 빛을 만든다.
2. 고온 저밀도의 기체는 밝은 선 스펙트럼(방출선)을 만든다.
3. 저온 저밀도의 기체는 연속 스펙트럼의 빛에서 어두운 선 스펙트럼(흡수선)을 만든다.
*장파 : 주파수 30~300 kHz(파장 10~1km)까지의 전자파(電磁波).
매우 파장이 길므로 유효하게 이용하기 위해서는 송수신안테나를 크게 하여야 한다.
그러나 지표파(地表波)로서의 전파특성이 좋고 물 속 어느 정도까지 도달하므로 무선항행이나 수중통신 등의 특수목적에 이용된다.
*중파 :
*단파 : 자유공간에서의 파장이 50~10m(주파수 3~30MHz)인 전파.
단파의 약칭은 HF(high frequency)이다. 단파는 지표면과 지상 100~300km 높이에 있는 F전리층 사이를 반사전파(反射傳播)하는 성질이 있고, 파장이 짧기 때문에 지향성 안테나를 사용할 수 있으므로 작은 전력으로 국제통신 ·국제방송 ·아마추어무선 등에 사용된다.
*초단파 :
*극초단파 :
*적외선 : 가시광선(可視光線)보다 파장이 길며, 0.75μm에서 1mm 범위에 속하는 전자기파.
햇빛이나 백열된 물체로부터 방출되는 빛을 스펙트럼으로 분산시켜 보면 적색스펙트럼의 끝보다 더 바깥쪽에 있으므로 적외선이라 한다.
가시광선이나 자외선에 비해 강한 열작용을 가지고 있는 것이 특징이며, 이 때문에 열선(熱線)이라고도 한다.
태양이나 발열체로부터 공간으로 전달되는 복사열은 주로 적외선에 의한 것이다.
공업용이나 의료용으로 사용하기 위한 것으로, 강한 적외선을 방출하는 적외선전구가 있다.
보통의 텅스텐백열전구로부터의 빛도 대부분 적외선이며, 가시광선은 발광에너지 총량의 2~3%에 불과하다.
텅스텐필라멘트전구는 약 3.5μm까지의 근적외선원일 뿐이며, 보다 넓은 파장영역의 적외선원으로는 가열된 흑체(黑體:0∼3,300℃)와 네른스트전등이 있다.
네른스트전등은 30μm까지의 적외선을 방출하며, 실험실의 기준적외선원으로 많이 쓰인다.
1.3μm, 1.06μm(Nd-YAG 또는 Ndglass 레이저),
16μm(SF6 레이저)을 방출하는 적외선레이저를 비롯하여, 수십에서 수백 μm 원적외선영역에 발진파장을 가지는 H2O, D2O, HCN, 에탄올레이저 등이 대표적인 적외선레이저이다.
적외선이 강한 열효과를 가지고 있는 것은 적외선의 주파수가 물질을 구성하고 있는 분자의 고유진동수와 거의 같은 정도의 범위에 있기 때문에, 물질에 적외선이 부딪치면 전자기적 공진현상(共振現象)을 일으켜 적외광파의 에너지가 효과적으로 물질에 흡수되는 것에 기인한다.
특히 액체나 기체상태의 물질은 각각의 물질에 특유한 파장의 적외선을 강하게 흡수하며,
또, 적외선은 파장이 길기 때문에 자외선이나 가시광선에 비하여 미립자에 의한 산란효과가 적어서 공기 중을 비교적 잘 투과한다. 이 특징을 이용한 것으로 적외선사진이 있다.
이용】 대기 중에서의 투과성을 이용한 것으로는 항공사진측량(0.8μm)·원거리사진·야간촬영·거리측정·적외선감시장치 등이 있다. 적외선이 가시광선과 다른 반사율을 가지고 있다는 광학적 특성을 이용하여 화폐·증권·문서 등의 위조검사나 감정에 적외선사진을 활용한다.
또 열효과 특성을 이용한 각종 재료·공산품·농수산품의 적외선 건조와 가열은 산업과 실생활에서 널리 쓰인다.
의료면에서는 소독·멸균과 관절 및 근육의 치료로서 근적외선이 많이 쓰이고, 10 μm의 적외선레이저빔으로서는 외과수술, 종양의 제거, 신경의 연결 등에 실용화되고 있다.
그 밖에 자동경보기, 문의 자동개폐기 등에 적외선과 검출기를 조합하여 쓰기도 한다.
*가시광선 : 전자기파(電磁氣波) 중에서 사람의 눈에 보이는 범위의 파장을 가지고 있는 것.
파장의 범위는 사람에 따라 다소 차이가 있으나, 대체로 380∼770nm이다.
단색광인 경우
700∼610nm는 빨강,
610∼590nm는 주황,
590∼570nm는 노랑,
570∼500nm는 초록,
500∼450nm는 파랑,
450∼400nm는 보라로 보인다.
빨강보다 파장이 긴 빛을 적외선,
보라보다 파장이 짧은 빛을 자외선이라고 한다.
대기를 통해서 지상에 도달하는 태양복사의 광량은 가시광선 영역이 가장 많다. 사람의 눈의 감도(感度)가 이 부분에서 가장 높은 것은 그 때문이라고 한다.
*자외선 : 태양광의 스펙트럼을 사진으로 찍었을 때, 가시광선의 단파장보다 바깥쪽에 나타나는 눈에 보이지 않는 빛.
1801년 독일의 화학자 J.W.리터가 자외선이 가지는 사진작용[感光作用]에서 처음 발견하였다.
약 397∼10nm에 이르는 파장으로 된 넓은 범위의 전자기파의 총칭으로서, 극단적으로 파장이 짧은 자외선은 X선과 거의 구별되지 않는다.
자외선은 화학작용이 강하므로, 적외선을 열선(熱線)이라 하는 것에 대응하여 화학선이라 하기도 한다.
또 파장에 따라
근자외선(파장 290nm 이상),
수정범위(水晶範圍)의 자외선(수정을 투과하는 290∼190nm),
슈만선(190∼120nm),
라이만선(120∼60nm),
밀리컨선(60nm 이하) 등으로 세분하거나, 190nm 이하의 파장을 가지는 자외선을 원자외선(遠紫外線)이라고도 한다.
적외선의 파장은 7700~ 120000 옹그스트롱으로 물질을 구성하는 분자에 흡수되기 쉬어서 분자가 격렬하게 운동하게 되는게 이것이 바로 열에 해당되는 것.
이때 15000~150000옹그스트롱 까지의 파장을 가진 적외선을 원적외선이라 하고 그 보다 적은 파장을 가진 것은 근 적외선이라고 합니다.
파장이 긴 원적외선은 근적외선보다 침투 깊이가 짧아 약 2 mm정도 이구요, 모든 가열된 물체에서 방출이 된답니다.
*X선 : 고속전자의 흐름을 물질에 충돌시켰을 때 생기는 파장이 짧은 전자기파.
뢴트겐선이라고도 한다.
보통 X선관이라고 하는 일종의 진공방전관(眞空放電管)을 써서 고전압 하에서 가속한 전자를 타깃(target:표적)이라는 금속판에 충돌시켜 발생시킨다.
파장범위는 자외선과 膨선 사이로서, 대개 10-3∼10nm 정도이다.
X선의 물질에 대한 강한 투과력은 처음부터 주목되었던 특성의 하나로서, 생체에 대한 어떤 종류의 효과, 예컨대 탈모효과와 더불어 발견 후 재빨리 의료면 ·공업기술면에의 응용이 기대되었다.
의료면에서의 각종 병변(病變)이나 골격이상의 진단, 염증이나 종양의 치료,
*감마선 : 방사성 물질에서 방출되는 방사선
