전자기파 스펙트럼은 파장과 주파수가 연속적으로 달라지는 전자기 복사의 전체 범위로, 매우 긴 라디오파에서 매우 짧은 감마선까지 이어진다.[1][5] 이 가운데 사람의 눈으로 감지할 수 있는 가시광선은 좁은 영역만 차지한다. 라디오 수신기와 엑스선 장비도 스펙트럼의 서로 다른 부분을 이용한다.[1]
1. 개요
2. 전자기파의 파동과 에너지
전자기파는 전기장과 자기장의 세기가 주기적으로 변하며 공간으로 퍼져 나가는 파동이다.[4][7] 두 장은 서로 수직인 방향으로 진동하며, 전자기파는 진공에서 광속으로 전파된다. 한국방송통신전파진흥원 자료는 전파 과정에서 전기장과 자기장이 서로 영향을 주며 반복적으로 형성된다고 설명한다.[7]
파장은 파동의 한 주기가 반복되는 거리이고, 주파수는 단위 시간 동안 진동하는 횟수다. 가시광선의 파장은 약 380~780 nm로 제시되며, 이에 대응하는 진동수는 약 4~7×10¹⁴ Hz다.[3] 주파수가 높아지면 파장은 짧아진다.[5]
빛은 파동처럼 전파되지만 에너지를 전달할 때는 광자라는 단위로 설명할 수 있다. 광자 하나의 에너지는 주파수에 비례하고 파장에 반비례하므로, 파장이 짧은 감마선의 광자는 라디오파의 광자보다 에너지가 크다.[3][5] 이런 관계가 스펙트럼에서 파동의 위치와 에너지의 차이를 연결한다.
3. 스펙트럼의 주요 영역
가시광선을 기준으로 파장이 긴 쪽에는 적외선, 마이크로파, 라디오파가 이어지고, 짧은 쪽에는 자외선, 엑스선, 감마선이 놓인다.[3][5] 이 순서는 각 영역이 서로 끊어진 별개의 현상이라기보다 파장과 주파수가 이어지는 연속체의 일부임을 보여준다.[5]
자료에 제시된 가시광선 파장 범위는 약 380~780 nm다.[3] 영역을 나누는 경계와 세부 분류는 자료에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 한 분류 자료는 통신용 전파 범위를 약 3 kHz~3,000 GHz로 제시하고, 다른 자료는 테라헤르츠파를 통신용 전파와 적외선 사이의 중간 영역으로 설명한다.[2][4]
테라헤르츠파는 초당 1조 번 진동하는 전자기파로 소개되며, 통신용 전파와 적외선 사이에 놓인다.[2] 물에 쉽게 흡수되는 성질 때문에 과거에는 일상적인 활용이 어려웠지만, 물질을 검출하는 연구실용 기술이 개발되고 있다.[2]
4. 영역별 활용 사례
라디오파와 마이크로파는 라디오와 TV 방송, 이동통신, 위성통신 등에 쓰인다.[1][4] 전파는 도체나 도파관 없이 공간을 통해 신호를 전달할 수 있어 무선통신, 무선항행, 레이더에도 이용된다.[4] 마이크로파 중 일부는 구름을 통과할 수 있어 위성통신 신호 전송에 적합하다고 설명된다.[1]
가시광선은 사람의 눈으로 볼 수 있는 빛이며, 엑스선은 의료 영상에 활용되는 스펙트럼 영역이다.[1][2] 이런 사례는 통신용 전파와 빛이 본질적으로 같은 전자기 복사이면서도, 주파수 대역에 따라 쓰임이 달라짐을 보여준다.[2]
테라헤르츠파는 물질마다 흡수하는 정도가 다른 성질을 이용해 성분을 검사하거나 수분량을 확인하는 응용이 연구되고 있다.[2] 자료는 불투명한 천이나 상자를 통과하고 금속에서는 반사되는 성질을 보안 검색에 활용할 수 있다고 소개하며, 의료 영상 응용도 언급한다.[2]
5. 대기 투과와 생물학적 영향
대기 중 수증기와 이산화탄소, 오존은 전자기 복사를 흡수하거나 반사한다.[1] 가시광선처럼 대기를 상당 부분 통과하는 파장대는 대기 창이라 부르며, 일부 마이크로파도 구름을 통과할 수 있다.[1] 반면 대기가 흡수하는 고에너지 복사를 관측하려면 지구 대기 위에 기기를 두어야 한다.[1]
감마선과 엑스선, 일부 자외선은 원자에서 전자를 떼어낼 만큼 에너지가 높은 전리 복사다.[1] 이러한 복사에 노출되면 원자와 분자가 변할 수 있고 생물 조직의 세포가 손상될 수 있다.[1] 자료는 방사선이 암세포를 죽이는 데 쓰이는 경우도 있지만, 햇볕에 의한 화상처럼 세포에 해를 줄 수도 있다고 설명한다.[1]
테라헤르츠파는 수분에 쉽게 흡수된다.[2] 제공된 자료는 이 파의 에너지가 생체 조직이나 DNA에 손상을 입히기에는 낮다고 설명한다.[2] 이 특성과 수분 흡수 성질은 보안 검색과 물질 검사, 수분량 확인을 위한 응용 연구의 근거로 제시된다.[2]
6. 관련 문서
- 전자파의 분류
- 가시광선
- 적외선과 자외선
- 테라헤르츠파