34장. 전자기파 (Electromagnetic waves)

34장. 전자기파

(Electromagnetic waves)

34.1 변위 전류와 앙페르 법칙의 일반형 34.2 맥스웰 방정식과 헤르츠의 발견 34.3 평면 전자기파

34.4 전자기파가 운반하는 에너지 34.5 운동량과 복사압

34.6 안테나에서 발생하는 전자기파

34.7 전자기파의 스펙트럼

34.1 변위 전류와 앙페르 법칙의 일반형

◎ Idea of Displacement Current

o Induced Magnetic Fields - Ampere's Law :

- Faraday's Law of Induction :

- 전기장과 자기장의 상호 유도 개념에 의하여 Maxwell은 전기 선속에 의한 자기장의 유도를 고려

"Maxwell's Law of Induction"

∴ Ampere-Maxwell’s Law :

I

d  

 ^B  ^s

dt d   d 

 ^E  ^s



^{ d}

^{ }

^

^{d } _dt

 ^{B  d s  }

^I

^{ }

^

^{d } _dt

◎ 변위 전류

- 앙페르(암페어) 법칙

- 위의 이 식에서 I 는 전도 전류이며 앙페르 법칙은 모든 전기장들이 시간에 따라 변하지 않을 때만 성립 하며 맥스웰은 시간에 따라 변화하는 전기장도 포함하도록 앙페르 법칙을 수정함.

- 그림에서 전도 전류가 흐를 때 양(+) 으로 대전된 판의 전하는 변하지만, 두 판 사이 간격에는 전도 전류가 없다.



^

- 경로 P 로 둘러싸인 두 곡면 S₁ 과 S₂ 를 생각해 보자. 경로 P 를 S₁ 의 경계로 생각했을 때는 전도 전류 I 가 S₁ 을 통과해서 흐르고 있기 때문에 앙페르 법칙이 성립한다.

- 경로 P를 S₂의 경계로 생각했을 때는 흐르는 전도 전류가 없기 때문에 적분 결과는 0이 되어야 한다. 그러므로 모순이 생긴다!

- 맥스웰은 이 문제를 앙페르 법칙 우변 항에 변위 전류(Displacement Current)라 불리는 I_d 를 포함하는 새로운 항이 더 존재한다고 가정해서 이 문제를 해결하였다.

o Capacitor의 충전과정 : 축전기 내부 전류 = 0 - 같은 Ampere's path에 대하여

ㆍ평면 표면 (1) : 내부 전류 I_In = I

만족

- 볼록한 표면 (2) : 내부 전류 I_In = 0

o 축전기의 충전 : 두 도체판 사이에 전기장 E 형성 → 전기 선속의 변화 발생 - by Gauss' Law :

"Diplacement Current" (변위 전류) - 전기 선속의 시간 변화에 의해 전하의 변화

⇒ 두 판 사이에 흐르는 가상 전류 I_D 를 생각할 수 있다 cf) 축전기 사이에 유전율이 ε 인 물질 :



^



d q

 ^{ }





D In

E

I

dt dq dt

d

0 0

1 1



 ^

 

dt I

 

d 

dt I

d 

 

o Maxwell - Ampe`re’s Law

- 축전기가 충전(또는 방전)되는 동안, 두 판 사이의 변하는 전기장은 도선에서 전도 전류의 연속을 대신하는 전류와 동일한 것으로 생각할 수 있다.

- 전류와 전기선속의 시간 변화율을 둘 다 포함하면

- 축전기판의 면적을 A라고 하면

- 즉, S₂ 를 통과하는 변위 전류 I_d는 S₁을 통과하는 전도 전류 I 와 똑같다.

- 자기장은 전도 전류와 시간에 따라 변하는 전기장 둘 다에 의해서 발생된다.

 ^{     }

 dt

I d I

I

d s 

(

) 





B

0

)

(

 

A q A EA q

d

o

E

    

 

dt dq q

dt d dt

I d

o o

E

d

   



( )

 



☆

Aside) ◎ 충전중인 축전기에서의 자기장

o 변위 전류 밀도 :

- 전류 밀도 : 전기 선속 :

o 충전중인 축전기에서의 자기장 (원통형 축전기) - 축전기 외부 : r > R

ㆍby Ampere’s Law

- 축전기 표면 : r = R (반경 R 인 지점에서의 자기장)

A

J  I

dt dE dt

dEA A

dt d A A

J

 I

  

_  _ 



^

I I

I

rB

2       

I r

B

r 1

2

0





 



R I B



 2





- 축전기 내부 : r < R (반경 r인 지점에서의 자기장) ㆍby Ampere’s Law

- 반경 R인 원통형 도선에서의 자기장과 같은 결과

→ 축전기 내부에서의 실질적인 전류의 흐름은 없지만,

전기장의 변화에 의한 변위 전류를 고려하면 설명이 가능 (Maxwell) ⇒ 자유공간 (or 우주 공간)에서 변위 전류에 대한 Ampere's Law 성립!

⇒ E 와 B 의 시간변화는 상호 관련이 된다

I

rB

2   



^

D r

D

r

I

R I r

R r I

I

2 2 2

2

 

 



r R I

I r R

r r

B

 I



 



2 2

2 











34.2 맥스웰 방정식과 헤르츠의 발견

(Maxwell’s Equations and Hertz’s Discoveries)

모든 전기와 자기 현상들의 기초로 여겨지는 네(4)개의 방정식들은 맥스웰이

발전 시켰으며, 뉴턴의 법칙들이 역학적 현상에 근본적이듯이 맥스웰의 방정식들은 전자기 현상에 근본적이다. 아인슈타인의 특수상대성 이론과도 일치한다.

- Maxwell (James Clerk Maxwell : 1831 ~ 1879, 스코틀랜드) - 전자기파가 공간을 통해 전파할수 있다는 이론을 정립

- 전자기학의 4가지 이론을 통합 정리 : o 유전체나 자성체가 없는 자유 공간에서

◀ 가우스의 법칙 :

전기선속의 세기는 폐곡면내의 순전하 q_In 에 의존

◀ (자기에 대한 가우스의 법칙) :

No Magnetic Monople ! (폐곡면내의 알짜 순자속은 없다)

◀ 패러데이의 법칙

유도 기전력의 크기는 자속의 시간 변화율에 의존한다

"-" sign : Lenz's Law → 유도 기전력의 방향은 자속의 변화를 방해하는 방향

 ^{ }



dA q



^

^



^{ d}

^{  d } _dt

◀ 앙페르-맥스웰 법칙

자기장의 세기는 전류의 크기와 전기선속의 시간 변화율에 의존한다

cf ) 전자기파의 속도는 빛의 속도와 같다 (전자기파 = 빛)

- 전자기파의 진행속도 : 을 이론적으로 예측

→ Hertz에 의해 실험적으로 증명됨 :

Radio, TV, Radar 등 전파매체의 기본원리를 제공 - 빛은 전자기파의 한 형태 (f_light ≒ 10¹⁴㎐)

- 전기장 E ⊥ 자기장 B → E=Bc - 전자기장 ⊥ 파의 진행 방향 → 횡파

- 전자기파 : 에너지와 운동량을 전파 → 압력 발생 (ex) 태양풍)



^{ d}

^{ }

^{I  }

^

^{d } _dt





2 0

0

m/sec 10

1 3





 c





0 0

1



 

c

(교재의 내용 정리 → 교재 참고)

o 가우스의 법칙 ;

- 어떤 폐곡면을 통과하는 전체 전기 선속은 그 곡면 내부의 알짜 전하를 ε_o 로 나눈 것과 같다.

- 이 법칙은 전기장과 그 전기장을 만든 전하 분포를 연관시킨다.

o 자기에 대한 가우스 법칙 ;

- 폐곡면을 통과하는 알짜 자기 선속은 0이다.

– 자기력선은 시작점과 끝점이 없다.

- 자기 홑극은 없다.

o 패러데이의 법칙 ;

- 자기 선속이 변화하면 전기장을 만들 수 있다.

- 임의의 닫힌 경로를 따라 전기장을 선적분한 값인 기전력이

그 경로로 둘러싸인 임의의 곡면을 통과하는 자기 선속의 변화율과 같다.

- 시간에 따라 변화하는 자기장 속에 놓인 고리 도선에는 전류가 유도된다.

o 앙페르-맥스웰 법칙 ;

- 변화하는 전기장과 전류에 의해서 자기장이 유도된다.

- 임의의 닫힌 경로를 따라 자기장을 선적분한 것은 그 경로를 통과하는 알짜 전류에 μ_o를 곱한 것에다.

- 그 경로로 둘러싸인 임의의 곡면을 통과하는 전기 선속의 시간 변화율에 ε_oμ_o를 곱한 것을 더한 것과 같다.

- 로렌츠 힘

◀ 로렌츠 힘의 법칙

- 맥스웰 방정식들의 대칭성을 주목하라. 맥스웰 방정식

들은 전자기 뿐만 아니라 모든 과학에 근본적으로 중요하다 - q = 0이고, I = 0인 진공에서 패러데이 법칙과

앙페르-맥스웰 법칙의 해를 보면 전자기파의 진행 속력은 측정된 빛의 속력과 같다는 것을 알 수 있다.

이 결과 때문에 맥스웰은 빛이 전자기파의 일종이라는 주장을 하게 된다.

◎ 헤르츠의 발견

헤르츠는 오른쪽 그림과 같은 장치를 고안하여 맥스웰의 예측을 증명하는 실험들을 하였다.

- Hertz의 실험 : 전자기파의 발생 - 구형의 Transmitter (유도코일)

- 구형의 전극 Receiver : (Spherical Electrodes)

B v

E

F  q  q 

cf ) 입력 전압은 Short Voltage (단락 전압)으로 두 전극 사이에 Spark를 일으킨다 (일종의 L-C 회로)

- 이때 L 과 C 는 작은 값의 소자 : 고주파 발생 (100 M㎐ 정도의 Radio 파)

- 전류의 검출 : Receiver에 L-C 회로를 설치하면 전류가 검출된다 cf ) 소리굽쇠에서의 공명현상과 동일한 현상

- 헤르츠는 일련의 실험에서 자신의 스파크 간극 장치에서 발생된 복사(Radiation)가 간섭, 회절, 반사, 굴절 그리고 편광 같은

빛의 파동적 성질을 보인다는 것을 증명하였다.

- 발생한 Radio 파를 금속판에 반사시켜 만든 간섭 무늬의 마디점 (cf 마디점에서 E =0)을 이용하여 파장 λ 를 결정

- 를 이용하여 전자기파의 임을 실험적으로 입증

f LC

LC 

 2

or 1

1 





f

v  ^{v  c}

34.3 평면 전자기파

(Plane Electromagnetic Waves)

맥스웰의 셋째(패러데이 법칙)와 넷째(앙페르-맥스웰 법칙) 방정식을 결합해서 얻은 이차 미분 방정식을 풀어 전자기파의 성질을 유도할 수 있다.

o x-축 방향으로 진행하는 전자기파를 고려하자.

전기와 자기장이 서로 직교하는 한 쌍의 축에 평행한 방향을 향하게 제한된 이런 파들을 선형 편광파

(Linearly Polarized Waves)라고 한다.

공간의 어떤 점에서도 장들의 크기 E 와 B 는 x 와 t 에만 의존하고 y 와 z 에는 의존하지 않는다고 가정하자. yz 평면의 임의의 점에서 복사된 파동은

x-축 방향으로 진행하고, 그런 모든 파동들은 같은 위상으로 출발한다고 하자.

- 평면파(plane wave) : 모든 파동에서 같은 위상을 가지는 점들을 잇는 면은 기하학적 평면이 된다.

- 구면파(spherical wave) : 복사의 점원(point source)은 모든 방향으로 방사선 형태로 파동들을 내보낸다.

o 파동 방정식 유도 (교재 내용 정리)

- 그림의 직사각형에 대해 패러데이 법칙을 적용하자.

- 직사각형의 윗변과 아랫변 부분에서는 E와 ds가 수직이기 때문에 선적분 값이 영이 된다.

- 직사각형의 오른쪽 변에서 전기장은 다음과 같이 표현할 수 있다.

- 왼쪽 변에서의 전기장은 이므로

- 직사각형을 통과하는 자기선속은



x dx t E

x E dx dx

t dE x E t

dx x E

constant

t 

 







 , ) ( , ) ( , ) (

) , ( tx E

x dx t E

x E t

dx x

E

 ^ d ^{    } _ ^{ } _ ^ _ ^



B  B



t dx B dt

dx dB dt

d

constant x

B



 

 

  

t dx B x dx

E



 

 



 











t B x

E



 

 

 



- 비슷한 방법으로, 그림의 직사각형에 대해 앙페르 -맥스웰 법칙을 적용하자. 좌변의 선적분 값은

x dx dx B

x B x

B





^{ d}

^{ }

^{I  }

^

^{d } _dt

- 직사각형을 통과하는 전기선속은 _E  Edx

t dx E dt

d _E



  



 

 







 

 

 







 

 t

dx E x dx

B







t E x

B



 

 

  



(34.11)

(34.14)



 







 



 

 



 











 

 



 











 

 



t E t

x B t

t B x

x E

0 2 0

2

 

2 2 0 2 0

2

t E x

E



 





 

2 2 0 2 0

2

t B x

B



 



  

0 0

1







c

s m

m N C

A m T c

/ 10 99792

. 2

) /

10 85419

. 8 )(

/ 10

4 (

1

8

2 2

12 7











 

 

t B x

E



 

 



t E x

B



 

 



0 0





t E x

B



 

 



0 0

 을 x에 대해서 미분하고

t B x

E





 

 와 결합하면

1 )

( ₂

2 2

2 2



 







 





t y v

x y 을 x에 대해서 미분하고

같은 방법으로

파동 방정식과 비교하면 ; 파동방정식

- 이 파동 방정식의 가장 간단한 해는

- k는 각파수(angular wave number), ω는 각진동수, λ는 파장, f 는 진동수이다.

) cos(

),

cos(

max

kx t B B kx t

E

E      

/ , 2

2

f f c

k    









f

s m f

c





 

t B x

E



 

 



k c B

E   

max

, max max

max B

kE 





) sin(

),

sin(

max

B kx t

t t B

kx x kE

E     



 



 



k c B

E t

kx B

t kx

E B

E   



 

 





/

) cos(

/

max max

◎ 전자기파에서 E .vs. B

B c E B

E  



max max

Aside) o 파동 방정식 유도 (수학적 정리)

◎ 전자기파에서 E .vs. B

- 파동 방정식의 가장 간단한 해는

- k는 각파수(angular wave number), ω는 각진동수, λ는 파장, f 는 진동수이다.

) cos(

)

cos(

max

kx t B B kx t

E

E      

f

s m f

c 



  c

f f

v  k    









/ 2

2

B c E B

E  



max

(34.11)식에 해를 대입하여 정리하면 max

∴ 매 순간에서 전기장과 자기장 사이의 비는 빛의 속도 c 와 같다

∴ 전자기파에서 전기장 E 와 자기장 B 는 선형 미분 방정식 → 조화파 (Harmonic Waves) ⇒ 중첩의 원리 만족 o 전자기파의 특징 :

- Maxwell's Eq.에서 3, 4식은 E 와 B 를 만족시키는 파동 방정식 (중첩의 원리 만족)

- 전자기파 = 빛 → 전자기파의 속도 = 광속 = c - 평면 전자기파의 전기장과 자기장은 서로 수직,

파의 진행방향에도 수직 → 횡파

- 자유공간에서 매 순간 전기장과 자기장 사이의 비는 빛의 속도 c 와 같다

c) 전기장과 자기장의 파동 방정식?

전자기파 예제 34.2

진동수 40.0MHz인 사인모양 전자기파가 진공 속을 x 축 방향으로 진행한다. (A) 파동의 파장과 주기를 구하라. (B) 어떤 순간에 어떤 지점의 전기장은 양의 y축 방향이고 최대값 750N/C을 가진다. 이 시각에 이 지점에서 자기장의 크기와 방향을 구하라.

풀이 _m

z s m f

c 7.50

10 0 . 40

/ 10 00 . 3

6

8 





 

 

초

8

6 2.50 10

10 0 . 40

1

1   _



 

 f z

T

T

s m

C N c

B E

6

8 max

max

10 50

. 2

/ 10

00 . 3

/ 750

 



 

a) b) 

☆

34.4 전자기파가 운반하는 에너지

(Energy Carried by Electromagnetic Waves)

- 전자기파의 에너지 흐름률을 포인팅 벡터(Poynting vector)라 하는 벡터 S 로 나타낸다.

- 에너지 흐름률 : 단위 면적당 전자기파의 일률 - Define) Poynting Vector

(단위: J/s · m² = W/m²)

B E

S  

0

1



Area Power Area

Time Energy

S ]  

[

cf ) 포인텡 벡터와 일률 : P . vs. S

A Adt

dU t

A

S U   P



  P  SA

o 평면 전자기파의 경우 : E ⊥ B ⇒

Aside) ◎ Poynting Vector의 증명

- 단위 시간당 단위 면적당 전자기파의 에너지 밀도 - 총 에너지 밀도 :

- Since

o Total Energy

- 단면적 A인 평면 전자기파

- Δt초 동안 움직인 거리 : cΔt → 부피 ΔV =AcΔt - Total Energy : ΔU = uΔV = ε₀E ²AcΔt

0 2

0 2

0

S

  

cB c

E EB  



B E

S  

0

1



2 0 2

0 2

1 2

1 E B

u u

u _{E B}

  







0 0



 Bc B

E  

 

2 0 0 0

2

0 2

1 2

1 E E E

u   

   





)

( E  B  EB

B E B

E  

max max

o 단위 시간당 단위 면적을 통과하는 Energy의 흐름 : S

- S 는 vector : 흐름의 방향이 있다 cf ) Power P = 단위 시간당 Energy : Aside) o Average of Poynting Vector

EB EB

EB c

t E A S U

0 0

0 0 2

0

2 0

1 1





 











 

 

0 0

 Bc B

E  



 SA P

)

0

cos( kx t

E

E   

 

2 ) 1

( cos )

(

cos

kx   t 

kx   t



0 2 0 0 2 0 0

0 0

2 2 2







cB c E B

S

E









2 2 0 0 2

0 0

0 0 0

2 1 2

1 2 or 1

c B E

c B E S













의 시간 평균은 1/2

) (

cos² kx



o Intensity of Poynting Vector

사인모양의 평면 전자기파의 경우 S 의 한 주기 또는

그 이상의 주기 동안의 시간 평균을 파동의 세기 I 라 한다.

- rms of Poynting Vector

- ∴ S_av ≡I " Intensity Of Electro Magnetic Waves"

max

0 2

1 2

1 E E

E_rms   _{0 max}

2 1 2

1 B B

B_rms  

av

av S

r Area

Power Average

I   ₂ 

4^P



2 0 0

2 max

2 0

0 2 max 0

max max

2

1 2

2

rms rms avg

c B cB

c E c

E B

S E I























◎ Energy Density (에너지 밀도)

전자기파의 경우 E 와 B 가 시간에 따라 변하기 때문에, 에너지 밀도도 역시 시간에 따라 변한다.

- 단위 체적당 에너지밀도 : 전기장 자기장 - Since E=Bc →

- 전자기파의 순간 자기장 에너지 밀도는 순간 전기장 에너지 밀도와 같다.

- 전체 순간 에너지 밀도(Total Instantaneous Energy Density) u는 전기장과 자기장에 관련된 에너지 밀도의 합과 같다.

◎ Average Energy Density

2

2 0

1 E

u_E  

0 2

2 u_B  B

E

B B E c E E u

u    ²  ₀ ² 

0 0 0 0

2

0 2

2 1 2

2 ) (

2 











0 2 2

0



 E ^B

u u

u 



 

0 2 2 max

max 2 0

2 1

0

( ) 2

 

 E E ^B

u



 

avg

avg

cu

S

I  

∴ 전자기파의 세기는 평균 에너지 밀도에 빛의 속력을 곱한 것과 같다.

☆

종이 위의 전자기장 예제 34.3

☆

책상 전등에서 나오는 가시광선이 종이 위로 입사될 때, 이 빛의 전기장과 자기장의 최대 크기 추정 E_max, =?, B_max =? (단, 전등 P_av = 60W, 효율 5%, 거리 = 30cm, )

풀이

av

av S

r Area

Power Average

I   ₂ 

4^P



1



c B E

E B

E S

I _{av rms rms}

2 max 0

max max

0

0 2

1 2

1 2

1 1 1











m m V

W s

m A

Tm r

E cP^av 45 /

) 3 . 0 ( 2

05 . 0 60

/ 10 3

/ 10

4

2 ²

8 7

2 0

max 











 

 ^









s T m

m V c

B_max E^max ₈ 1.5 10 ⁷ /

10 3

/

45   _

 



34.5 운동량과 복사압

전자기파는 에너지뿐만 아니라 선운동량도 전달한다. 그러므로 이 운동량이 어떤 표면에 흡수되면 그 표면에 압력이 작용한다. 여기서 전자기파가 표면 에 수직으로 입사하여 △t 시간 동안 전체 에너지 T_ER 를 전달한다고 가정한다.

표면에 전달된 전체 운동량은 다음의 크기를 가진다.

◎ 복사압 (Radiative Pressure)

- 전자기파의 단위 면적당 작용력 (전자기파에서의 운동량) - 전자기파는 (에너지뿐만 아니라) 선운동량을 전달한다 o 흑체 (Black Body) : 전자기파의 완전 흡수체

- (by Maxwell) 흑체가 받는 전체 운동량 : (완전흡수) - 흑체가 받는 단위 면적당 복사압 : 표면에 작용하는 압력

c U c

p  T



A dt dT

c c

T dt

d A dt

dp A A

P F

 



 



 





c P  S



Aside cf ) 복사압 유도

- 표면에 작용하는 압력 (Pressure) : 단위 면적 당 작용하는 힘)

or

- Since ∴ 복사압

o 완전 반사체 : 100% 반사 ex) 거울 - 표면이 완전한 반사체(거울같이)이고

수직 입사라면 운동량은 완전 흡수의 2배이다.

; 완전 반사

∵ 2 : 입사와 반사 (공이 벽에 부딪힐때의 작용과 반작용)

∴ 완전반사면에 작용하는 복사압 : dt dU A c c

U dt

d A dt

dp A A

P F 1 1   1 1



 



 





dt dp dt

mv d

dt m dv ma

F    ( ) 

dt dU A

t A

S U 1

 

 

c P  S

c U c

p 2 T

2





c

P  2 S

태양의 Poynting Vector Asdie Ex

레이저 포인터의 압력 예제 34.4

3.0mW의 레이저 포인터가 지름 2.0mm인 점을 스크린에 만든다면, 입사하는 빛의 70%

를 반사하는 스크린에 작용하는 복사압을 구하라. 일률 3.0mW는 시간에 대한 평균값이 다.

풀이 ₂ ²

3 3

2 955

2 10 0

. 2

10 0

.

3 W m

m W r

S_avg A^{avg avg} 



 



 

 



 



 

만일 표면이 빔의 일부 f (즉, f는 입사빔 중 반사된 양의 비율이다) 만을 방출한다 면, 방출된 빔에 의한 압력은 P_avg=f S_avg /c이다.

c f S c

f S c

P_avg  S^avg  ^avg  (1 ) ^avg

70% 반사된 빔의 경우 압력은

2 6

8 2

/ 10

4 . / 5

10 0 . 3

/ ) 955

70 . 0 1

( N m

s m

m

P_avg W   ^

 



레이저빔도 빔의 발산이 있어 빔의 세기는 감소한다. 또한 공기 분자들과의 산란 때문에 더 많은 에너지를 잃으므로 복사압은 더욱 감소한다.

34.6 안테나에서 발생하는 전자기파

(Production of Electromagnetic Waves by an Antenna)

◎ Antenna (안테나)

- 변화하는 자기장 → 전기장 발생 - 변화하는 전기장 → 자기장 발생

cf) 전자기파의 근원 : 전류의 시간 변화

→ 가속되는 전하에 의해서도 전자기파가 발생 - 전류가 흐르기 시작하면 :

ㆍ 전기장 : "+" → "-" 방향

ㆍ자기장 : 전류(↑)에 대하여 오른 나사 방향 cf) 전류의 흐름이 일정해 지면 전기장만 남고 자기장은 0 (소멸한다)

- 정적인 전하나 정상 전류는 전자기파를 발생시킬 수 없다. 하지만, 도선 내의 전류가 시간에 따라 변할 때마다 도선은 전자기파를 발생시킨다.

- 이 복사의 근본적인 작동 원리는 대전된 입자의 가속이다.

대전된 입자는 가속될 때마다 에너지를 복사한다.

- 교류 전원 사용시 : 전류의 방향이 변하므로, 전자기파 발생 - 두 극판은 마치 하나의 쌍극자처럼 보이게 된다

cf) 진동하는 쌍극자에 의한 전기력선은 서로 대칭 cf) 복사장의 세기는 ∝ 에 비례하게 되며,

이 복사압에 의해 수신 Antenna에 전류가 유도된다

- 반파 안테나에서는 그림처럼 두 개의 전도체 막대가 교류 전압의 전원(LC 진동자 같은)에 연결되어 있다.

각 막대의 길이는 진동자가 진동수 f 로 작동할 때 방출되는 복사파 파장의 사분의 일과 같다.

- 안테나의 양끝을 오가는 전하의 운동을 나타내는 전류 때문에 생기는 자기력선은 모든 지점에서 전기력선과 수직이다.

- 안테나에서 아주 먼 거리에서는 시간에 따라 변하는 자기장에 의한 전기장의 연속적 유도와 시간에 따라 변하는 전기장에 의한 자기장의 유도가 복사의 원천이다.



2 2 sin 1 r

22.4 전자기 스펙트럼

- Hertz : 전자기파의 속도 v =c =λf

- 파장 λ (주파수 f )에 따라

전자기파의 종류를 나눌수 있다 → 스펙트럼 ("Spectrum“)

cf ) 분광, 에너지의 나눔 o Radio Wave (라디오파)

- 도선을 통해 가속된 전하에 의해 발생 - L-C 진동자 이용

- Radio & TV 통신에 사용 - K㎐ ~ M㎐ 정도의 주파수 (λ : 0.1m ~ 10⁴m ) ex ) 91.9M㎐의 파장? :

z m m f

c 3.264

10 9

. 91

10 3

6

8 





 



o Micro Wave (마이크로파, 초단파)

- 파장 λ = 0.3m ~ 10^-4m의 초단파장 ⇒ 1㎜ < λ < 30㎝

- 항공기의 Radar, Micro Wave Oven (전자레인지), 물질의 원자 및 분자 구조의 조사에 사용 o IR (Infrared Ray, 적외선) : 열선

- 파장 λ = 10^-3m ~ 10^-8m 의 단파장 ⇒ 7×10^-7m < λ < 1㎜

- 가열된 물체나 분자에서 발생

- 적외선을 물질에 조사하면 열이 난다

→ 적외선에 의하여 물질내의 원자들이 진동 (병진 운동)

→ 열이 발생 ⇒ 열선

- 물리 치료, 적외선 사진, 진동 분광학, etc.

o Visible Ray (가시광선) : 사람이 볼 수 있는 영역 - λ ≒ 10^-7m ⇒ 7×10^-7m < λ < 4×10^-7m

- Red (빨강) : λ ≒ 700nm - Violet (보라) : λ ≒ 400nm cf ) Green (녹색) : λ ≒ 560nm

→ 사람의 눈에 최대 감도 cf ) 지구 대기권 밖에서 태양빛의 상대적 세기가 가장 크다

o UV (Ultra Violet, 자외선) - 4×10^-7m < λ < 4 × 10^-10m

- 태양광 cf ) 태양광은 자외선의 원천 (일광욕)

- 태양 자외선의 대부분은 고공의 대기, 성층권내의 오존(O₃) 분자들에 의해 흡수된다. cf ) 오존(O₃ ) 생성 ⇒ 산소(O₂) + 자외선

- 백내장의 발생과 관련, 소독 등에 사용됨 o X-선 (X-ray) :

- 10^-12m < λ < 10^-8m (10^-3nm < λ < 10³nm)

- X-선은 윈자의 크기 정도의 파장을 가진다 → 좋은 투과성

⇒ 고체내의 원자 배열 연구에 사용

결정 구조 연구나 비파괴 검사 등에도 사용 의료 분야의 진단용 도구나 암 치료에 사용 o γ –선 (감마선, Gamma ray) :

- 10^-14m < λ_γ < 10^-10m

- 강한 투과성, 인체에 흡수된다

방사선 핵의 핵 반응 중에 발생

우주에서 지구의 대기권으로 들어오는 우주선의 성분 중 하나

투과성이 높으며 파장이 짧기 때문에 유전자 구조에 영향을 미친다.

원자병의 원인