전자파란 무엇인가?

전자파란 무엇인가?

-파장이나 주파수도 이해하자-

 

 

전자파

전자파란 무엇인가. 어쩐지 알고 있는 것 같지만 직접 볼 수가 없으므로 적당히 다루고 마는 일이 있다. 그런데 이 세상에서 전자파가 없어진다면 어떻게 될 것인가. 그런 일은 없는 것일까? 좋거나 나쁘거나 전자파에 대하여 알아두기로 하자.

 

전기가 흐르면 자장이 나타난다.

 

초둥학교에서 전자석에 대하여 배운다. 전류가 흐르면 자력이 발생한다.

1820년 전류를 흘리는 실험을 하고 있노라니 가까이 있는 방위 자침의 바늘이 움직였다. 거기서부터 전류가 흐르면 자장이 나타나는 것이 보였다.

이 원리를 응용한 것이 전자석이고 모터가 대표적인 예이다. 다른 면에서 보면 자장이 변하면 둘레의 공기에 전장(電場)이 생긴다. 이 원리를 응용한 것이 발전기이다. 자석을 회전시키면 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환한다.

 

전자파란 광속으로 전해지는 물결(파)이다.

1864년에 막스웰이 예언하였다. 곧 전장과 자장의 변화가 횡파(橫波)로서 광속과 같은 속도로 전해진다. 이것을 1888년 실험에 의하여 확인하였다.

곧 전기와 자기는 동시에 발생하여 동시에 물결이 되어 전해진다. 거기서 양자를 합쳐서 전자파라 부르게 되었다. 광속으로 전해진다면 전자파는 빛의 일종인가?

여러 가지로 전자파를 조사함으로써 빛 환언하면 가시광선은 전자파의 일종이라는 것을 알았다.

 

파장이나 주파수에 대하여

전자파 이야기를 할 때에 필요한 용어는 파장이나 주파수이다. 전자파는 물결이므로 그래프로 하면 파형 (물결모양) 소위 사인커브를 그린다. 사인이란 고교 수학에서 배운 삼각비의 사인(SIN)이다.

그러나 여기서는 어려운 말은 하지 않는다. 솔직히 물결 모양을 생각해보자 물결에 있는 산의 정점, 거기서 이웃인 정점까지의 직선거리를 파장이라 부른다. 그리고 정점에서 정점까지 1왕복한 때 1회 진동했다고 생각한다. 1초간에 진동이 몇 번 있었는지 그 수가 진동수 또는 주파수이다.

주파수의 단위는 헤르츠(Hz)이다. <헤르츠>란 이름은 전자기학 분야에서 큰 업적을 남긴 독일 물리학자 하인리히 루돌프 헤르츠(Heinrich Rudolf Hertz)의 이름에서 땄다.

예를 들면 FM라디오의 주파수 80메가헤르츠는 메가100만을 의미하므로 8000만 헤르츠 곧 1초간에 8000만회 진동이 일어나는 것을 의미한다. 물론 빛이니까 엄청난 속도로 날아간다.

이 정도의 흔들림이 있어도 문제는 없다. 또 파장은 빛의 속도를 주파수로 환산하면 구할 수 있다.

곧 80메가헤르츠라면 광속이 30만 Km, 3억 미터이므로 300,000,000÷80,000,000＝3.75（미터）가 된다.

 

전자파에는 어떤 것이 있는가?

앞에서 빛은 전자파의 일종이라고 말하였다. 그러면 달리는 어떤 전자파가 있을 것인가.

 

1, 전자파의 파장에 의한 분류

 

파장이 긴 쪽 곧 주파수가 작은 쪽으로부터 보기로 하면 다음과 같이 분류할 수가 있다.

* 중파(中波/MF）  파장100～1000ｍ  주파수30만～300만Hz단파(短波/HF）  파장10～100ｍ  주파수300만～3000만Hz* * 초단파(超短波/VHF）  파장１～10ｍ、 주파수3000만～3억Hz극초단파(極超短波/UHF）  파장0.1～１ｍ  주파수3억～* 30억Hz센티파(SHF）  파장0.01～0.1ｍ  주파수30억～300억Hz밀리파(EHF）  파장0.001～0.01ｍ 주파수300억～3000억Hz、

* 서브밀리파  파장0.0001～0.001ｍ 주파수3000억～3조Hz

* 적외선(赤外線)  파장0.00000077～0.0077ｍ

* 가시광선(可視光線) 파장0.00000038～0.00000077ｍ

* 자외선(紫外線)   파장0.0000000001～0.00000038ｍＸ선   파장0.000000001～0.000000000001ｍ

* 감마선  파장0.00000000001ｍ

이하

주１）극초단파에서 서브밀리파까지를 마이크로파라 부른다.

주２）주파수는 적외선보다 파장이 긴 전파에 대해서만 표시된다.

주３）자외선보다 파장이 짧은 파에 명확한 경계선은 없다.

 

2, 전자파의 용도

 

전자파는 파장에 응하여 여러 가지로 사용되고 있다.

(1) 전파

적외선보다도 파장이 긴 전자파를 총칭하여 전파라 한다.

장파(長波/LF）는 선박이나 비행기의 무선에 사용된다.중파(中波/MF）는 국내의 AM라디오 방송에 사용된다.단파(短波/HF）는 원거리의 라디오방송, 소위 단파방송에 사용된다.초단파(超短波/VHF）는 TV나 FM라디오 방송에 사용된다.극초단파(極超短波/UHF）는 TV방송, 휴대전화, 전자레인지에 사용된다.센티파(SHF）는 레이더나 위성방송에 사용된다.밀리파(EHF）는 레이더, 위성통신, 전파망원경에 시용된다.서브밀리파는 가까이의 무선, 전파망원경, 의료용 화상 등이 사용된다.

(2) 적외선

적외선은 적외선 사진이나 영상, 그리고 난방기구 등에 사용된다.

일반적으로 온도가 높은 물체, 애를 들면 태양 등에서 방사된다.

적외선이 물체에 닿으면 흡수되어 열로 변환된다. 이런 때문에 적외선을 열선이라 부르기도 한다. 이것을 응용하면 유도미사일 등을 만들 수가 있다.

(3) 가시광선

가시광선은 우리들이 눈으로 실제로 감지할 수 있는 빛이다. 적외선에 가까운 쪽 곧 파장이 긴 가시광선은 적색이다. 거꾸로 자외선에 가까운 쪽 곧 파장이 짧은 가시광선은 자색이다. 그 사이의 파장은 소위 무지개처럼 여러 가지 색으로 인식된다.

사람에 따라서는 다소 보는 파장, 주파수대가 다른 것 같다. 또 여성 쪽이 파장이 다름을 알아내는 힘, 바꾸어 말하면 색을 식별하는 능력이 높다고 말한다.

(4) 자외선

자외선은 소위 울트라바이오렛(ultraviolet) UV 말이다. 잘못생각 하는 사람도 많은 것 같은데 적외선처럼 보이지 않는다. 단 일부의 동물이나 곤충 등에서는 자외선을 사용하여 사물을 식별하고 있다. 햇볕에 타는 것 같은 것으로 대표되는 것처럼 사람의 피부 등에 악영향이 지적되게 되어 있다. 그것을 응용하여 살균이나 화학반응 등에 사용된다.

(5) X선

X선은 소위 렌트겐사진에 사용되는 광선이다. 투과력이 강한 성질을 이용하여 의료분야에서 이용된다. 단지 대량을 받으면 세포를 파괴하는 일도 있다.

(6) 감마선

감마선은 방사선의 일종이기도 하고 의료 식품분야에 사용된다. X선처럼 투과력이 매우 강한 전자파이다. 그런 때문에 납 같은 것으로 만들어진 널판이 아니면 진행을 막을 수가 없다.

 

3, 전자파의 응용 분야는

 

전자파는 물론 라디오나 휴대전화 등에서 사용되고 있다. 다시 금후에는 다음과 같은 분야에서 응용이 기대된다.

 

(1) 천문학

인간의 눈으로 볼 수 있는 범위 소위 광학망원경에는 한계가 있다. 그러나 최근의 연구에서는 별이 여러 가지 전자파를 발하고 있다는 것을 알고 있다. 태양 등을 생각하면 분명하다. 일부에는 우주인의 흔적인가? 그런 때문에 금후에는 여러 가지 전파를 이용한 천문학이 발전할 것으로 생각되고 있다. 실제로 X선을 사용한 위성 등이 쏘아 올려 져서 활약하고 있다.

 

(2) 의료

이미 X선으로서 이용되고 있는데 금후는 다시 가는 파장을 가진 감마선 등이 방사선 치료가 의료분야에서 기대되고 있다. 그러나 상술한 바와 같이 인체에의 영향도 적지 않다. 그런 때문에 피폭량을 한 없이 감하면서 효과가 있는 방법이 연구 개발되고 있다.

 

(3) 통신기기

전자파 중에 전파는 유한한 자원이다. 환언하면 주파수대를 어떻게 해서 이용할 것인가. 금후에는 인간이 개입하지 않는 기계끼리의 통신 등도 증가할 것이다. 그럴 때에 바른 전파의 활용이 가능한지 다른 시점에서 검토가 요구될는지 모른다.

 

전파는 무한한가.

인간은 시각정보에 너무 의지하고 있다. 그러니까 보이지 않는 전파에 대하여 이해가 깊어지지 않는다. 선문답이 아니지만 보이지 않는 것을 보는 힘을 몸에 지니면 지금까지 이상으로 전파를 유효하게 이용할 수 있을는지 모른다. 그런 당신도 적외선을 발하면서 살아가고 있기 때문이다.*

일본어원문=電磁波とは何か？波長や周波数も理解しよう

출처=https://www.inc-reliance.jp/science/51318