광선(빛)과 원적외선, 전자파

원적외선이란 개념은 일반적으로 좁은 의미에서 빛, 가시광선과 같은 성질을 가지고 있다. 빛은 진공중을 직진하기도 하고, 물질을 투과하며, 물질에 흡수되기도 한다. 또한 반사하기도 하는데 원적외선도 똑 같은 성질을 가지고 있다.  빛(광선)은 전자파(電磁波)의 일종이라는 것이 19세기 말에 밝혀지면서 적외선, 원적외선, 라디오파등이 속속 발견되었다.

대기 중에 전기가 있으면 그 주변에 전계가 생기고, 또한 자계가 생긴다. 따라서 전계가 변화하면 자계가 생기고 자계가 변화하면 전계가 생긴다. 이러한 변화는 서로 상호 작용하면서 파동 모양으로 대기 중으로 전달되고 그 전달 속도은 광속과 같다. 이것을 전자파라고 한다.

파동은 전달되는 속도, 진폭, 파장의 3가지 성질을 가지고 있다. 이러한 3가지 성질 중 진공 중에서 전자파 속도는 광속(2.9979*108m/s)이다.  대기 중에서도 거의 같은 수치이다. 결국 그 속도는 전자파가 전달되는 매체에 따라 다르다는 것이다. 진폭이란 단순히 파동의 크기를 표시하는 것이기 때문에 대기를 전달하는 전자파는 결국 파장에 따라 여러 가지로 구별된다.        

진폭, 파장, 속도의 관계를 가시광선(빛)을 예로 들어보면

빛은 일정한 폭(진폭)의 파장을 그리면서 진행하는데 그 진행하는 속도(광속)는 일정하므로 빨, 주, 노, 초, 파, 남, 보의 일곱가지 색을 보면 빨간색 쪽이 파장이 길고 진폭이 크며 보라색 쪽이 파장이 짧고 진폭이 작다. 즉 눈에 보이지 않는 파장이 긴 쪽을 원적외선(原赤外線-Ultra Red), 파장이 짧은 쪽을 자외선(紫外線-Ultra Violet)이라 한다.

빛은 일정한 폭(진폭)의 파장을 그리면서 진행하는데 그 진행하는 속도(광속)는 일정하므로 빨, 주, 노, 초, 파, 남, 보의 일곱가지 색을 보면 빨간색 쪽이 파장이 길고 진폭이 크며 보라색 쪽이 파장이 짧고 진폭이 작다. 즉 눈에 보이지 않는 파장이 긴 쪽을 원적외선(原赤外線-Ultra Red), 파장이 짧은 쪽을 자외선(紫外線-Ultra Violet)이라 한다.

 전자파의  파장

전자파는 크게 가시광선, 원적외선, 전파등 여러 종류가 있지만 각기 다른 파장에 따라 그 고유의 성질을 나타낸다.

전자파의 종류(스펙트럼)

파장

12pm          nm                         ㎛              mm             m       ㎞

*예 ; 주파수와 파장  

FM 라디오-주파수 60MHz(106)/ 파장 5m

전자레인지-주파수 2450MHz/ 파장 12.5cm

원적외선- 주파수 10-100THz(1012)/ 파장 ㎛(10-6m)

*주파수 ; 파동이 1초간에 진동하는 회수 ;단위는 헤르츠-Hz이다)

진동수(주파수Hz)

                                                  Tera            Giga                    Mega  100km

원적외선

전자파와 광양자 에네르기

전자파는 파동으로 보지 않고 수많은 작은 입자의 흐름으로 볼 수 있는데 최소 단위 1개의 입자는 각각의 진동수에 비례하는 에너지를 갖고 있다. 이것을 광양자 에너지라고 하고 eV로 표시하며 1 μm의 적외선 광양자 에너지는 1.2398 eV이다. 따라서 광양자 에너지는 파장이 짧을수록 크다.

전자파에너지와 물질과의 상호작용

전파

전파는 극히 미미한 에너지지만 각각의 안테나(VHF, FM, AM)에는 잡힌다.

마이크로파

마이크로파의 에너지는 보통 전파보다는 크지만 물체에 대응하는 분자의 회전운동과 반 회전운동과 관계가 있다. 전자레인지에 쓰이는 주파수는 물분자의 양극과 공명하여 급격히 반 회전하는 주파수이기 때문에 식품 속의 수분에 선택적으로 에너지를 전달하여 효과적으로 가열한다.

*우리 생활에서 최근 “전자파 장해’가 문제가 되는 것은 OA기기, 가전제품, 휴대전화등이 발생원으로 되는 마이크로파나 초저주파의 전자파 입니다.

Υ선, Χ선, 자외선, 가시광선

제일 파장이 짧은 Υ선의 에너지는 109-105 eV로 이 힘은 물질을 구성하는 원자를 둘러싸고 있는 전자에 변화를 줄 수 있는 강력한 에너지이다.

Χ선은 105-102eV로서 원자핵에 붙어있는 전자구조와 상호작용 한다. Χ선회절법, Χ선 필름 등에 활용한다. Χ선은 허용량 이상을 인체에 노출시 위험하다.

자외선은 가시광선 제일 바깥(짧은) 쪽의 보라색보다 짧은 파장을 말한다.

자외선의 특징은 화학작용에 있으며 원자핵을 둘러싼 제일 바깥쪽 전자에 쉽게 작용한다. 자외선의 에너지는 수십 eV-100eV이다.

가시광선은 1.5-3eV의 에너지를 갖고 사람의 눈에 빛을 느낄 수 있는 물질과 서로 작용한다. 또한 사진촬영에 있어 필름에 도포되어 있는 유제중의 물질을 감광한다. 즉 광화학반응을 일으킨다. 그러나 가시광선에 의한 반응은 거의 한정되어 있고 보통 우리 주변의 물질이 가시광선에 반응하는 것은 거의 없다. 가시광선에 의해 물체의 열이 올라가는 것도 거의 없다.

적외선

적외선은 마이크로파와 가시광선사이에 있는 파장대로 파장 50μm에서 1mm까지의 전자파는 거의 쓸모가 없다.

적외선은 통상 파장이 짧은 순으로 근적외선, 중적외선, 원적외선으로 나눈다.