전자기파 스펙트럼 대역의 구분, 특징과 활용

Last Updated on 2022-02-25 by BallPen

전자기파 스펙트럼이란 파장 또는 진동수 별로 대역을 구분하고 각 대역에 이름을 붙인 것입니다.

전자기파 스펙트럼에 관한 이번 글에서는 10의 거듭제곱과 단위 접두어 표현들이 나옵니다. 이 내용이 궁금한 사람은 아래 링크된 글을 먼저 읽으면 좋습니다.

• 단위 – SI 단위, 10의 거듭제곱, 접두어 및 올바른 단위 표기법 (클릭)

아래는 이번 글의 목차입니다.

1. 파장과 주파수

전자기파 – 줄여 전파라고도 불립니다. 전자기파는 전기장과 자기장이 공간상에서 진동하는 방향에 수직한 방향으로 진행합니다. 진행 속도는 빛의 속력과 같습니다.

전자기파 스펙트럼은 전자기파를 파장 또는 진동수(또는 주파수라고도 불림)에 따라 분류하고 각 영역별로 명칭을 부여한 표를 말합니다.

여기서 빛의 속력 c, 진동수 f, 파장 \lambda의 관계는 다음 (1)식과 같습니다.

\tag{1}
c=f \lambda

(1)식을 이용하면 파장과 진동수 사이를 쉽게 변환할 수 있어요. 예제 하나만 풀어보겠습니다.

(예제) 파장 \lambda가 약 3.26 m 전자기파의 진동수를 구하여라.

(Sol) (1)식을 f에 관해 정리한 후, 빛의 속력 c=3.00 \times 10^8 ~\mathrm {m/s}와 파장값을 대입한다.

\tag{2}
\begin{align}
f &= {{c}\over{\lambda}} \\
&= {{3.00 \times 10^8 ~\mathrm{m/s}}\over{3.26~\mathrm{m}}} \\
&\approx 91.9 \times 10^6 ~\mathrm{Hz} \\
&= 91.9~\mathrm{MHz}
\end{align}

(2)식과 같이 파장이 3.26 m인 전자기파의 진동수는 91.9 MHz입니다. 이 진동수는 MBC 라디오 FM4U의 수도권 주파수에 해당합니다.

2. 전자기파 스펙트럼

아래 [그림 1]이 전자기파 스펙트럼입니다.

파장별로 전자기파 스펙트럼이 구분되어 있고 고유의 대역별 명칭이 부여되어 있습니다.

여기서 주의해야 할 것은 각 대역의 범위가 엄밀하게 정의되어 있지는 않습니다. 책마다 또는 활용분야마다 중첩되는 구간이 있기도 하고 서로 다른 명칭으로 분류되기도 합니다.

대략 전자기파 스펙트럼이 이렇게 분류되고 있구나라는 정도로 이해하시면 좋습니다.

이제부터 하나 하나 알아보겠습니다.

2.1 우주방사선(cosmic radiation)

우주에서 날아오는 방사선 입자와 전자기파를 총칭합니다.

2.2 감마선(gamma rays)

약 10^-5 nm에서 0.1 nm의 파장 범위를 갖습니다. 방사성 핵으로부터 방출되는 전자기파 입니다. 투과성이 매우 강합니다.

2.3 X선(X-rays)

약 10^-4 nm에서 10 nm의 파장 범위를 갖습니다. X선은 가속된 전자를 금속 표적에 충돌시켜 보통 발생시킵니다. X선 촬영 등 의료용으로도 사용됩니다.

2.4 자외선(ultraviolet)

약 0.6 nm에서 400 nm의 파장 범위를 갖습니다.

지구상에서의 자외선은 대부분 태양으로부터 전달되어 옵니다. 그중 상당 부분은 초고층 대기 또는 성층권에 있는 원자들에 의해 흡수되고 나머지 일부만 지표면으로 전달됩니다.

많은 양의 자외선에 노출되면 해롭습니다. 살균 기능이 있어 식기소독기 등에 사용되기도 합니다.

2.5 가시광선(visible light)

약 400 nm에서 700 nm의 파장 범위를 갖습니다.

전체 전자기파 영역중 사람의 눈에 보이는 유일한 구간입니다.

가시광선은 원자 또는 분자 내부의 전자들이 에너지 궤도를 바꾸는 과정에서 발생됩니다. 사람의 눈으로는 파장에따라 빨강색부터 보라색까지 서로 다른 색으로 보입니다.

2.6 적외선(infrared)

약 700 nm에서 1 mm의 파장 범위를 갖습니다.

뜨거운 물질과 분자들로부터 발생되며 대부분의 물질에 잘 흡수되어 온도를 높이고 따뜻하게 합니다.

따라서 물리치료기, 적외선 사진, 원자 진동 연구, 히터 등에 활용됩니다.

아래의 [그림 7]은 적외선 영상이고 [그림 7-1]은 근적외선(Near infrared)을 이용한 히터를 보여줍니다.

히터 사진에서 보여지는 밝은 불빛은 적외선이 아닙니다. 적외선과 함께 히터에서 방출되는 가시광선 대역의 불빛이 보이는 것이며, 적외선은 사람 눈에 보이지 않습니다.

2.7 테라헤르츠파(terahertz radiation)

약 0.01 mm에서 1 mm의 파장 범위를 갖습니다.

2000년대에 진입하면서 테라헤르츠파의 발생 및 검출 소자 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 이 파는 의류, 종이, 목재 등은 관통할 수 있고 액체로 된 물이나 금속을 투과하는 것은 불가능합니다.

공항검색대, 비파괴 연구 개발 등에 활용됩니다.

2.8 마이크로파(microwave or radar)

약 1 mm에서 10 cm의 파장 범위를 갖습니다.

비행기 항법에 이용되는 레이더 시스템 뿐만 아니라 자동차의 탑승자 방치를 방지하기 위한 차량 내부 감지, 교통 감지, 주행성능 개선, 자율주행 등에 폭넓게 응용되고 있습니다.

자율주행차의 ‘눈’, 라이다 vs 레이더… 승자는?

2.9 라디오파(radio waves)

약 1 mm에서 100 km의 파장 범위를 갖습니다.

이 전자기파는 신호와 정보를 먼거리로 전송하는데 주로 사용됩니다. 예를 들어 라디오, 지상파 텔레비젼 등의 방송, 휴대폰 통신 등에 사용합니다.

그러므로 현대 생활에 있어 라디오파는 사용 용도가 아주 많다고 볼 수 있습니다. 따라서 라디오파의 효율적 운영을 위해 정부에서는 라디오파의 대역을 잘게 분류한 후 사용 용도에 맞게 할당하고 분배합니다.

그것을 주파수 분배라고 하는데요. 자세한 내용은 아래 글을 참조하세요.

• 주파수 분배 도표는 마치 잘 쌓아 놓은 테트리스 블럭 같다 (클릭)

이상으로 전자기파 스펙트럼의 대역별 명칭과 그 특징을 살펴보았습니다.

참고로 아래 [그림 12]는 서로 다른 전자기파 대역에서 이미지를 각각 획득하고 이를 조합한 영상입니다.

눈으로 볼 수 없는 다양한 정보를 종합적으로 얻을 수 있어 천문학 등에서 자주 활용됩니다.

(참고) 전자기파별로 획득한 이미지의 조합

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