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전자기파

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목차

1. 개요

전자기파는 맥스웰 방정식으로 예측되는 전기장과 자기장의 파동으로, 파동과 입자 특성을 모두 나타낸다. 전자기파는 파장에 따라 전파, 마이크로파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선으로 분류되며, 열복사, 방전, 입자 가속 등 다양한 방식으로 발생한다. 전자기파는 통신, 방송, 레이더, 산업, 과학 등 다양한 분야에서 활용되며, 생물학적 영향도 미친다. 19세기 초에 적외선, 자외선이 발견되었고, 맥스웰에 의해 빛이 전자기파의 일종임이 밝혀졌으며, 헤르츠, 뢴트겐, 베크렐 등에 의해 전자기파의 다양한 영역이 발견되었다.

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전자기파
전자기파 개요
정의전자기장의 진동이 공간으로 퍼져나가는 파동 현상
다른 이름전자기 복사
특징에너지를 전달하며, 진공 속에서도 전파됨
발생 원리전하의 가속 운동에 의해 발생
전자기파의 성질
파동 성질파장, 주파수, 진폭 등의 파동 특성을 가짐
입자 성질광자라고 불리는 에너지 입자로도 작용함 (이중성)
전파 속도진공에서 빛의 속도와 동일하며, 매질에 따라 속도가 달라짐
전자기 스펙트럼
종류전파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선 등 다양한 파장과 주파수 영역으로 나뉨
파장과 주파수파장이 짧을수록 주파수가 높고 에너지가 큼
활용통신, 의료, 산업 등 다양한 분야에서 활용됨
전자기파의 발생
가속 전하전하가 가속 운동을 할 때 전자기파가 발생함
안테나안테나를 통해 전자기파를 방출하거나 수신할 수 있음
전자기파의 역사
맥스웰 이론맥스웰이 맥스웰 방정식을 통해 전자기파의 존재를 예측함
헤르츠 실험헤르츠가 실험적으로 전자기파의 존재를 증명함
전자기파와 에너지
에너지 전달전자기파는 공간을 통해 에너지를 전달할 수 있음
포인팅 벡터전자기파의 에너지 흐름을 포인팅 벡터로 나타낼 수 있음
전자기파의 응용
통신무선 통신, 방송, 레이더 등 다양한 통신 기술에 사용됨
의료X선 촬영, 자기 공명 영상 (MRI), 방사선 치료 등 의료 진단 및 치료에 사용됨
산업전자레인지, 산업용 가열 장치, 레이저 가공 등 산업 현장에서 사용됨
과학 연구천문학, 분광학, 재료 과학 등 다양한 과학 연구 분야에서 활용됨
기타
맥스웰의 방정식전자기파의 수학적 기술에 사용
전자기 스펙트럼 범위에서 까지의 넓은 범위
파장 범위m 에서 수 km 까지

2. 물리학

위 그림은 빛의 세 가지 다른 색(파랑, 초록, 빨강)의 상대적인 전자기파 파장을 보여준다. x축은 마이크로미터 단위이다.


전자기파는 빛의 속도, 파장, 주파수를 가지는 파동이자, 플랑크 관계식 ''E = hf''에 의해 주어지는 에너지를 갖는 광자의 흐름이다. (''E''는 광자 에너지, ''h''는 플랑크 상수, ''f''는 주파수)[40] 전자기파는 편광될 수 있고, 반사, 굴절, 회절될 수 있으며, 서로 간섭할 수 있다.[22][23][24] 파동-입자 이중성에 따라 파동과 입자 특성을 동시에 나타낸다.

2. 1. 이론



맥스웰은 전기장과 자기장의 파동 방정식을 유도하여 전기장과 자기장의 파동적인 성질과 그 대칭성을 밝혀냈다. 파동 방정식으로 예측된 전자기파의 속력이 측정된 빛의 속도와 일치했기 때문에, 맥스웰은 빛 자체가 전자기파라는 결론을 내렸다.[74][75] 헤르츠가 라디오파를 이용한 실험을 통해 맥스웰 방정식을 입증했다.[12]

맥스웰 방정식에 따르면 공간적으로 변하는 전기장은 항상 시간에 따라 변하는 자기장과 관련이 있고,[76] 마찬가지로 시간적으로 변하는 자기장도 공간에 따라 변하는 전기장과 관련이 있다. 전자기파에서 전기장의 변화는 한 방향의 자기장을 동반하며 그 반대도 성립한다.

전하와 전류는 그 근처에 전자기장을 발생시키는데, 이는 전자기 복사와는 다른 특성을 가지며 근거리장을 형성한다.[13] 근거리장은 변압기의 전자기 유도나 금속 탐지기 코일 근처에서 일어나는 현상처럼, 움직이는 전하나 전류 근처에서 에너지를 전달한다.

반면, 원거리장은 전달 매체 없이 전달되는 복사이며, 전자기 복사라고 불린다. 원거리장은 근원과의 상호작용 없이 뻗어 나가며, 구 형태로 모든 방향으로 퍼져나가고 에너지는 역제곱 법칙을 따른다.[13]

전자기파 복사(예: 안테나의 마이크로파)에서 '복사'는 무한한 공간으로 방사되고 세기가 역제곱 법칙에 따라 감소하는 전자기장의 부분에만 적용된다. 전자기 복사는 송신기 주변 전자기장의 ''원거리'' 부분에 도달하며, ''근거리장''(송신기에 가까운 곳)은 변화하는 ''전자기장''을 포함하지만 전자기 ''복사''는 아니다.


원거리장(전자기 복사)과 근거리장은 발생 메커니즘이 다르다. 근거리장의 자기장 부분은 근원지의 전류에 기인하지만, 전자기 복사의 자기장은 전기장의 국소적인 변화에만 기인한다. 마찬가지로 근거리장의 전기장은 근원지의 전하 분포에 기인하지만, 전자기 복사의 전기장은 국소적인 자기장 변화에 기인한다. 전자기 복사와 근거리장의 전기장 및 자기장을 발생시키는 과정은 거리에 대한 의존성이 서로 다르다.[14]

2. 1. 1. 맥스웰 방정식

맥스웰은 전기장과 자기장의 파동 방정식을 유도하여 전기장과 자기장의 파동적인 성질과 그 대칭성을 밝혀냈다. 파동 방정식으로 예측된 전자기파의 속력이 측정된 빛의 속도와 일치했기 때문에, 맥스웰은 빛 자체가 전자기파라는 결론을 내렸다.[74][75] 헤르츠가 라디오파를 이용한 실험을 통해 맥스웰 방정식을 입증했다.[12]

맥스웰 방정식에 따르면 공간적으로 변하는 전기장은 항상 시간에 따라 변하는 자기장과 관련이 있고,[76] 마찬가지로 시간적으로 변하는 자기장도 공간에 따라 변하는 전기장과 관련이 있다. 전자기파에서 전기장의 변화는 한 방향의 자기장을 동반하며 그 반대도 성립한다. 둘 사이의 이런 관계는 시간과 공간처럼 둘의 변화는 동시에 일어나며 특수 상대성 이론에 깊게 관련이 있다.

2. 1. 2. 근거리장과 원거리장

맥스웰 방정식에 따르면 전하와 전류는 그 근처에 특정한 형태의 전자기장을 발생시키는데, 이는 전자기 복사와는 다른 특성을 가진다. 전류는 자기장을 직접 생성하며, 이 자기장은 자기 쌍극자 형태로 전류로부터 멀어질수록 약해진다. 비슷하게, 도체에서 전압 차이로 인해 움직이는 전하는 전기 쌍극자 형태의 전기장을 생성하며, 이 또한 거리에 따라 감소한다. 이러한 현상들이 근거리장을 형성한다.[13]

근거리장은 전자기 복사를 일으키지 않고, 대신 변압기의 전자기 유도나 금속 탐지기 코일 근처에서 일어나는 현상처럼, 움직이는 전하나 전류 근처에서 에너지를 전달한다. 근거리장은 그 근원지에 큰 영향을 미치는데, 전자기장에서 수용체로 에너지가 전달될 때마다 근원지 또는 전달체의 전기적 부하가 증가하고 리액턴스는 감소한다. 이들은 외부 공간으로 뻗어나가지 않고 진동하며, 수용체가 없을 경우 에너지를 전달체에 되돌려 보낸다.[13]

반면, 원거리장은 전달 매체 없이 전달되는 복사이며, 이 장을 공간으로 멀리 보내기 위해 근원지에서 에너지가 필요하다. 원거리장은 전자기 복사라고 불리며, 근원과의 상호작용 없이 뻗어 나간다. 이들은 전달체나 수용체와 독립적으로 존재하며 고유의 에너지를 가진다. 일반적으로 장애물이 없을 때 근원지로부터 구 형태로 모든 방향으로 뻗어 나가며, 구 위의 한 점에 도달하는 전자기 복사의 에너지는 역제곱 법칙을 따른다.[13]

근거리장은 역세제곱 법칙을 따라 에너지가 전달되므로 거리가 멀어질수록 에너지를 보존하지 못한다. 즉, 거리가 멀어질수록 전달되는 에너지는 적어지며, 손실된 에너지는 근원지로 되돌아가거나 근처 수용체에 전달된다.[13]

원거리장(전자기 복사)과 근거리장은 발생 메커니즘이 다르며 맥스웰 방정식의 서로 다른 항을 만족시킨다. 근거리장의 자기장 부분은 근원지의 전류에 기인하지만, 전자기 복사의 자기장은 전기장의 국소적인 변화에만 기인한다. 마찬가지로 근거리장의 전기장은 근원지의 전하 분포에 기인하지만, 전자기 복사의 전기장은 국소적인 자기장 변화에 기인한다. 전자기 복사와 근거리장의 전기장 및 자기장을 발생시키는 과정은 거리에 대한 의존성이 서로 다르다. 이 때문에 근원지에서 충분히 멀리 떨어지면 근거리장보다 전자기 복사가 더 많은 양의 에너지를 전달할 수 있다.[14]

2. 2. 성질

전자기파는 전기장과 자기장이 자체 전파되는 횡파로 생각할 수 있다. 이 3차원 애니메이션은 왼쪽에서 오른쪽으로 진행되는 평면 편광파를 보여준다. 이러한 파동에서 전기장과 자기장은 위상이 같아서 최소값과 최대값에 동시에 도달한다.


전기장과 자기장은 중첩의 원리를 따른다. 따라서 특정 입자 또는 시간에 따라 변하는 전기장이나 자기장에 의한 장은 다른 원인으로 인해 동일한 공간에 존재하는 장에 기여한다. 또한 이들은 벡터 장이므로 모든 자기장과 전기장 벡터는 벡터 덧셈에 따라 더해진다.[15] 예를 들어, 광학에서 두 개 이상의 결맞는 빛파는 상호 작용하여, 보강 또는 상쇄 간섭에 의해 개별 빛파의 성분 조도의 합과 다른 결과 조도를 생성한다.[16]

빛의 전자기장은 진공과 같은 선형 매질에서 정적인 전기장이나 자기장을 통과하는 데 영향을 받지 않는다. 그러나 일부 결정과 같은 비선형 매질에서는 빛과 정적인 전기장 및 자기장 사이에 상호 작용이 발생할 수 있다. 이러한 상호 작용에는 파라데이 효과와 커 효과가 포함된다.[17][18]

굴절에서, 서로 다른 밀도를 가진 매질을 파동이 통과할 때, 새로운 매질에 진입하면 속도와 방향이 변한다. 매질의 굴절률 비율은 굴절 정도를 결정하며, 스넬의 법칙으로 요약된다. 복합 파장의 빛(태양광)은 프리즘을 통과하면서 가시 스펙트럼으로 분산되는데, 이는 프리즘 물질의 파장 의존적인 굴절률(분산) 때문이다. 즉, 복합광 내의 각 성분파는 서로 다른 정도로 굴절된다.[19]

원형 편광된 전자기파의 전기장 벡터 표현


균질하고 등방성인 매질에서 전자기파는 횡파[25]이며, 진동이 에너지 전달 및 이동 방향에 수직이다. 이는 다음 방정식으로부터 유도된다.

\begin{align}

\nabla \cdot \mathbf{E} &= 0\\

\nabla \cdot \mathbf{B} &= 0

\end{align}

이러한 방정식은 모든 전자기파가 전기장과 자기장이 모두 파의 진행 방향에 수직인 횡파여야 함을 나타낸다.

전자기파의 전기장과 자기장은 서로 어떻게 생성되는지 명시하는 두 개의 맥스웰 방정식을 만족시키기 위해 고정된 세기 비율을 유지한다. 손실이 없는(무손실) 매질에서 이들은 위상이 같고, 공간상의 동일한 지점에서 최대값과 최소값에 모두 도달한다(그림 참조). 두 개의 무원천 맥스웰 회전 연산자 방정식으로 설명되는 원거리 전자기파 방사에서 한 종류의 장의 시간 변화는 다른 장의 회전에 비례한다.

빛의 본질의 중요한 측면은 주파수이다. 파의 주파수는 진동률을 나타내며, 헤르츠로 측정된다. 1헤르츠는 초당 1회의 진동을 의미한다. 빛은 일반적으로 여러 주파수를 가지며, 이들이 합쳐져서 최종 파를 형성한다. 서로 다른 주파수는 서로 다른 굴절각을 갖는데, 이 현상을 분산이라고 한다.

단색파(단일 주파수의 파)는 연속적인 골과 마루로 구성되며, 두 개의 인접한 마루 또는 골 사이의 거리를 파장이라고 한다. 전자기 스펙트럼의 파는 크기가 다양하며, 대륙보다 긴 매우 긴 전파에서 원자핵보다 작은 매우 짧은 감마선까지 다양하다. 다음 방정식에 따라 주파수는 파장에 반비례한다.[26]

: \displaystyle v=f\lambda

여기서 ''v''는 파의 속도(''c'' 진공 중에서는, 다른 매질에서는 그보다 느림), ''f''는 주파수, ''λ''는 파장이다. 파가 서로 다른 매질의 경계를 지날 때 속도는 변하지만 주파수는 일정하게 유지된다.

자유 공간의 전자기파는 맥스웰의 전자기파 방정식의 해가 되어야 한다. 평면파와 구면파 두 가지 주요 해가 알려져 있다. 평면파는 광원으로부터 매우 먼 거리(이상적으로 무한대)에서 구면파의 극한 경우로 볼 수 있다. 두 가지 유형의 파 모두 임의의 시간 함수를 파형으로 가질 수 있다(파동 방정식을 만족하기 위해 충분히 미분 가능한 경우). 모든 시간 함수와 마찬가지로 이것은 푸리에 분석을 통해 주파수 스펙트럼 또는 각각 단일 주파수, 진폭 및 위상을 포함하는 개별 정현파 구성 요소로 분해될 수 있다. 이러한 구성 요소 파를 ''단색파''라고 한다. 단색 전자기파는 주파수 또는 파장, 피크 진폭, 어떤 기준 위상에 대한 위상, 진행 방향 및 편광으로 특징지을 수 있다.

간섭은 두 개 이상의 파가 중첩되어 새로운 파형을 생성하는 것이다. 장의 성분이 같은 방향을 가지면 보강 간섭이 일어나고, 반대 방향을 가지면 상쇄 간섭이 일어난다. 또한, 여러 편광 신호를 결합(즉, 간섭)하여 새로운 편광 상태를 형성할 수 있는데, 이를 평행 편광 상태 생성이라고 한다.[27]

전자기파의 에너지를 때로는 복사 에너지라고 한다.[28][29][30]

2. 2. 1. 파동-입자 이중성

흑체복사에서 자외선 파탄이 19세기 후반에 발견되면서 빛의 파동성에 대한 의문이 제기되었다. 1900년 막스 플랑크는 흑체 복사의 스펙트럼을 설명하기 위해 빛이 양자라는 불연속적인 에너지 묶음을 가진다는 새로운 이론을 제안했다. 1905년 알베르트 아인슈타인은 이 빛의 양자적 성질을 광자라는 입자로 해석했다. 광자의 에너지 E는 진동수 f에 비례하며, 플랑크-아인슈타인 관계식으로 나타낸다.[77]

:E = hf = \frac{hc}{\lambda} \,\!

여기서 h는 플랑크 상수, \lambda는 파장, c는 빛의 속력이다. 빛의 운동량 p 역시 진동수에 비례한다.

:p = { E \over c } = { hf \over c } = { h \over \lambda }

원자가 광자를 흡수하면 전자가 더 높은 에너지 준위로 이동하여 들뜬 상태가 된다. 들뜬 상태의 전자가 낮은 에너지 준위로 떨어질 때 에너지 준위 차이만큼 빛을 방출한다. 전자의 에너지 준위는 불연속적이므로, 원자는 특정 파장의 빛만 흡수하거나 방출한다. 다른 광자에 의해 촉발되는 빛의 방사 현상을 형광이라고 하며, 자외선을 쬐면 빛을 내는 형광 페인트가 대표적인 예이다. 인광은 물체에 빛을 쬔 후에도 스스로 빛을 내는 성질이다.[78][79]

전자기 복사는 파동 특성과 입자 특성을 동시에 나타내며, 이를 파동-입자 이중성이라고 한다. 파동 특성은 긴 시간 척도와 먼 거리에서, 입자 특성은 짧은 시간 척도와 짧은 거리에서 측정할 때 더 명확하다. 예를 들어, 전자기 복사가 물질에 흡수될 때, 관련 파장의 세제곱 안에 있는 광자의 평균 수가 1보다 훨씬 작을 때 입자적 특성이 더 명확하게 나타난다.[20]

단일 광자의 자체 간섭과 같은 실험은 전자기파의 파동과 입자의 성질을 모두 보여준다.[21] 단일 광자를 간섭계를 통해 보낼 때, 광자는 두 경로를 모두 통과하여 파동처럼 자체적으로 간섭하지만, 광전자 증배관이나 다른 민감한 검출기로는 한 번만 감지된다.

전자기 복사와 전자와 같은 물질 사이의 상호 작용에 대한 양자 이론은 양자 전기 역학 이론으로 설명된다.

전자기파는 편광될 수 있으며, 반사, 굴절 또는 회절될 수 있고, 서로 간섭할 수 있다.[22][23][24]

빛의 본성을 설명하는 현대 이론에는 파동-입자 이중성의 개념이 포함되어 있다.

2. 2. 2. 전파 속도

도선(또는 안테나와 같은 다른 도체)이 교류를 전도할 때, 전자기파는 전류와 같은 주파수로 전파된다.

파동으로서 빛은 빛의 속도, 파장, 주파수로 특징지어진다. 입자로서 빛은 광자의 흐름이다. 각 광자는 플랑크의 관계식 ''E = hf''에 의해 주어지는 파동의 주파수와 관련된 에너지를 갖는다. 여기서 ''E''는 광자의 에너지, ''h''는 플랑크 상수(6.626 × 10−34 J·s), ''f''는 파동의 주파수이다.[40]

진공이 아닌 매질에서는 주파수와 응용 분야에 따라 속도계수 또는 굴절률이 고려된다. 이 두 값 모두 매질 내의 속도와 진공 내의 속도의 비율이다.

2. 3. 발생

전자기파는 파동과 입자 두 가지 성질로 방출 및 흡수 스펙트럼을 설명할 수 있다. 빛이 통과하는 매질의 구성 물질에 따라 흡수 및 방출 스펙트럼의 특성이 결정된다. 이러한 띠는 원자의 에너지 준위에 해당한다. 흡수 스펙트럼에서 어두운 띠는 광원과 관측자 사이 매질에 있는 원자 때문에 나타난다. 원자는 특정 주파수의 빛을 흡수한 후 모든 방향으로 방출하는데, 광선에서 산란된 복사로 인해 검출기에 어두운 띠가 생긴다. 예를 들어, 멀리 떨어진 별에서 방출되는 빛의 어두운 띠는 별의 대기 중 원자 때문이다.

원자가 열 등 어떤 메커니즘에 의해 여기되어 방출 가스가 빛날 때도 비슷한 현상이 관찰된다. 전자가 낮은 에너지 준위로 이동할 때 에너지 준위 차이에 해당하는 스펙트럼이 방출되지만, 특정 에너지에서만 방출이 일어나 선이 나타난다.[37] 성운의 방출 스펙트럼이 그 예이다.[38]

이러한 현상은 빛을 비춘 기체의 구성(흡수 스펙트럼)과 빛나는 기체(방출 스펙트럼)의 화학적 조성을 파악하는 데 도움을 준다. 분광법을 통해 특정 별을 구성하는 화학 원소를 결정하거나, 적색 편이를 이용하여 별의 거리를 측정할 수 있다.[39]

2. 3. 1. 열복사

물질은 기본적으로 서로 결합된 대전 입자들로 이루어져 있다. 전자기파가 물질에 입사하면 대전 입자들이 진동하여 에너지를 얻는다. 흡수의 역과정 또는 시간 역전 과정은 열복사이다. 물질 내 열에너지의 상당 부분은 대전 입자의 무작위 운동으로 구성되며, 이 에너지는 물질에서 방출될 수 있다.[55] 생성된 복사는 그 후 다른 물질에 흡수되어 에너지를 전달하고, 그 물질을 가열할 수 있다.[55]

흑체의 스펙트럼 분포에서 적외선은 일반적으로 열에너지와 동등한 온도를 가지며 단위 열에너지당 엔트로피 변화와 관련되어 있기 때문에 열의 한 형태로 간주된다. 어떤 종류의 전자기 에너지든 물질과의 상호 작용에서 열에너지로 변환될 수 있다. 따라서 어떤 전자기 복사든 흡수될 때 물질의 열에너지 온도를 높이는 의미에서 물질을 "가열"할 수 있다.[54]

2. 3. 2. 입자 가속

빠르게 움직이는 전자는 힘의 영역을 만날 때 가장 강하게 가속되며, 이는 자연에서 관찰되는 가장 높은 주파수의 전자기 복사 생성에 중요한 역할을 한다.[37]

3. 전자기 스펙트럼

일반적으로 전자기파는 파장 또는 진동수에 따라 분류되며, 이를 전자기 스펙트럼이라고 한다. 전자기 스펙트럼은 낮은 주파수(긴 파장)부터 높은 주파수(짧은 파장) 순서로 배열된다.

전자기파의 진동수는 파장에 반비례한다.[26]

:\displaystyle v=f\lambda

여기서 ''v''는 파의 속도(''c'' 진공 중에서는, 다른 매질에서는 그보다 느림), ''f''는 진동수, ''λ''는 파장이다. 파가 서로 다른 매질의 경계를 지날 때 속도는 변하지만 진동수는 일정하게 유지된다.

전자기 복사의 거동과 물질과의 상호 작용은 주파수에 따라 달라진다. 낮은 주파수는 더 긴 파장을, 높은 주파수는 더 짧은 파장을 가지며, 더 높은 에너지의 광자와 관련이 있다.

3. 1. 분류



HX = 고에너지 X선

SX = 저에너지 X선

EUV = 극자외선

NUV = 근자외선

가시광선 (색상 띠)

NIR = 근적외선

MIR = 중적외선

FIR = 원적외선

EHF = 극초고주파 (마이크로파)

SHF = 초고주파 (마이크로파)

UHF = 초고주파 (전파)

VHF = 초고주파 (전파)

HF = 고주파 (전파)

MF = 중파 (전파)

LF = 저주파 (전파)

VLF = 초저주파 (전파)

VF = 음성 주파수

ULF = 극저주파 (전파)

SLF = 초저주파 (전파)

ELF = 극저주파 (전파)]]

낮은 주파수 영역의 전자기파는 주로 전하의 집단적인 움직임과 상호작용하는 반면, 높은 주파수 영역의 전자기파는 개별 분자나 원자와 상호작용하여 화학적 변화나 이온화를 일으킨다.

  • 라디오파 및 마이크로파: 주로 도체 내 전자의 집단적인 움직임을 유도하여 정보를 전달하거나 열을 발생시킨다.
  • 적외선: 분자의 진동과 상호작용하여 열을 발생시키며, 온도 측정 및 열화상 촬영 등에 활용된다.
  • 가시광선: 인간의 눈으로 인지할 수 있는 유일한 영역으로, 광합성 등 생명 현상에 중요한 역할을 한다.
  • 자외선: 높은 에너지를 가지고 있어 화학 결합을 끊거나 DNA를 손상시킬 수 있다.
  • X선 및 감마선: 원자나 분자를 이온화시킬 수 있는 이온화 방사선으로, 의료 및 비파괴 검사 등에 활용된다.

3. 1. 1. 라디오파 및 마이크로파

라디오파는 도체에 부딪히면 도체와 결합하여 도체를 따라 이동하며, 유도를 통해 도체 표면에 전류를 발생시킨다. 이는 도체 물질의 전자를 움직이게 하여 일어난다. 마이크로파는 파장이 1미터에서 1밀리미터 사이인 전자기파로, 주파수는 300 MHz (0.3 GHz)에서 300 GHz 사이이다.[26]

라디오파 및 마이크로파 주파수에서 전자기 복사는 많은 수의 원자에 영향을 주며, 도체에서 전하의 집단 이동(전류)은 전자기 복사의 흡수 또는 새로운 전자기 복사 생성을 유발한다. 안테나에 의한 라디오파 흡수/방출, 물 분자에 의한 마이크로파 흡수(예: 전자레인지) 등이 그 예시이며, 이러한 상호작용은 전류나 열을 발생시킨다.[26]

3. 1. 2. 적외선

라디오파와 마이크로파처럼 적외선(IR)도 금속(그리고 대부분의 전자기파, 자외선 영역까지)에 의해 반사된다. 그러나 더 낮은 주파수의 라디오파 및 마이크로파 방사선과 달리, 적외선 전자기파는 일반적으로 단일 분자에 존재하는 쌍극자와 상호 작용하며, 이는 원자가 단일 화학 결합의 끝에서 진동할 때 변화한다. 따라서 다양한 물질에 흡수되어 진동이 열로 소산됨에 따라 온도가 상승한다. 역으로 진행되는 동일한 과정으로 인해 대량의 물질이 자발적으로 적외선을 방출한다(열복사 섹션 참조).[46][47]

적외선은 스펙트럼 하위 영역으로 나뉜다. 서로 다른 세분화 방식이 존재하지만,[46][47] 스펙트럼은 일반적으로 근적외선(0.75–1.4 μm), 단파장 적외선(1.4–3 μm), 중파장 적외선(3–8 μm), 장파장 적외선(8–15 μm) 및 원적외선(15–1000 μm)으로 나뉜다.[48]

3. 1. 3. 가시광선

자연적인 광원은 전자기 스펙트럼 전반에 걸쳐 전자기파를 방출한다. 파장이 약 400~700 나노미터(nm)인 전자기파는 인간의 눈에 직접 감지되어 가시광선으로 인지된다.[49] 다른 파장, 특히 근접한 적외선(700nm보다 긴 파장)과 자외선(400nm보다 짧은 파장)도 때때로 빛으로 언급되기도 한다.

가시광선 영역으로 주파수가 증가함에 따라 광자는 일부 개별 분자의 결합 구조를 변화시킬 만큼 충분한 에너지를 갖게 된다. 시각 체계의 메커니즘은 단일 분자인 레티날(retinal)의 결합 변화를 포함하며, 레티날은 단일 광자를 흡수한다. 레티날의 변화는 그 안에 포함된 로돕신(rhodopsin) 단백질의 형태 변화를 일으키고, 이는 인간 눈의 망막(retina)이 빛을 감지하게 하는 생화학적 과정을 시작한다.

같은 이유로 이 영역에서 광합성도 가능해진다. 클로로필(chlorophyll) 단일 분자가 단일 광자에 의해 여기된다. 광합성을 수행하는 식물 조직에서 카로티노이드(carotenoids)는 비광화학적 켄칭(non-photochemical quenching)이라는 과정을 통해 가시광선에 의해 생성된 전자적으로 여기된 클로로필을 소멸시켜 고광도 조건에서 광합성을 방해할 수 있는 반응을 방지한다.

적외선을 감지하는 동물은 본질적으로 많은 광자를 포함하는 열 과정에서 온도가 변하는 작은 물 분자 덩어리를 이용한다. 적외선, 마이크로파, 그리고 전파는 방사선의 단일 광자에 의한 여기가 아닌, 대량 가열을 통해서만 분자와 생물 조직을 손상시키는 것으로 알려져 있다.

가시광선은 모든 분자의 아주 작은 비율에만 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로 영구적이거나 손상을 주는 방식이 아니라, 광자가 전자를 여기시키고, 전자가 원래 위치로 돌아갈 때 다른 광자를 방출한다. 이것이 대부분의 염료가 생성하는 색의 원천이다. 레티날은 예외인데, 광자가 흡수되면 레티날은 시스(cis)에서 트랜스(trans)로 구조가 영구적으로 변화하고, 다시 작동하는 광 검출기로 돌아가기 위해 단백질이 필요하다(즉, 재설정).

일부 제한적인 증거는 피부에서 가시광선에 의해 일부 활성산소종이 생성되고, 이것이 자외선A와 같은 방식으로 광노화에 어느 정도 역할을 할 수 있음을 시사한다.[49]

3. 1. 4. 자외선

자외선 영역으로 주파수가 증가하면 광자는 특정 이중 결합 분자를 영구적인 화학적 재배열 상태로 여기시킬 수 있는 충분한 에너지(약 3전자볼트 이상)를 갖게 된다. 이는 DNA에 지속적인 손상을 일으킬 수 있다. DNA는 자외선 A(UVA)에 의해 생성되는 활성 산소종에 의해서도 간접적으로 손상될 수 있는데, UVA는 DNA를 직접 손상시키기에는 에너지가 낮다. 이러한 이유로 모든 파장의 자외선은 DNA를 손상시키고 암을 유발할 수 있으며, UVB의 경우 단순한 가열(온도 증가) 효과로 인해 발생하는 것보다 훨씬 심각한 화상(햇볕에 탐)을 유발할 수 있다.

자외선 영역의 상단에서는 광자의 에너지가 커져 광이온화 과정을 통해 원자에서 전자가 방출될 수 있을 만큼 충분한 에너지를 전자에 전달한다. 이에는 약 10전자볼트(eV) 이상의 에너지가 필요하며, 이는 124 nm보다 작은 파장에 해당한다. (일부 자료에서는 물을 이온화하는 데 필요한 33 eV를 더 현실적인 한계값으로 제시하기도 한다.) 이온화 범위에 근접한 에너지를 가진 자외선 스펙트럼의 이 상단 영역은 때때로 "극자외선"이라고 불린다. 이온화 자외선은 지구 대기에서 강하게 걸러진다.

3. 1. 5. X선 및 감마선

X선과 감마선은 전자기 스펙트럼에서 가장 높은 주파수(가장 짧은 파장)를 가지는 영역에 속하며, 이온화 방사선으로 분류된다. 이들은 원자나 분자에서 전자를 떼어내 이온화시킬 수 있는 충분한 에너지를 가지고 있어 생체 분자에 손상을 일으키고, 돌연변이나 암을 유발할 수 있다.

X선과 감마선은 높은 투과력을 가지고 있어 물질을 깊숙이 통과할 수 있다. 이러한 특성은 의료 영상, 비파괴 검사, 암 치료 등에 활용된다. 예를 들어, X선 촬영은 뼈와 같이 밀도가 높은 조직을 투과하여 영상을 얻는 데 사용되며, 감마선 치료는 암세포를 파괴하는 데 사용된다.

3. 2. 대기와의 상호작용

자외선과 X선은 대부분 질소 분자에 의해 흡수되고, 상부 자외선 영역에서는 이산소의 전자 여기, 그리고 자외선 중간 영역에서는 오존에 의해 흡수된다.[50] 태양 자외선의 30%만이 지표면에 도달하며, 이들 대부분은 잘 투과된다.

가시광선은 공기 중에서 잘 투과된다. 질소, 산소, 오존을 여기시키기에는 에너지가 부족하지만, 물 증기와 이산화탄소의 분자 진동 주파수를 여기시키기에는 에너지가 너무 높기 때문이다. 이러한 특성을 대기창이라고 한다.[50]

적외선 흡수대는 물 증기의 진동 여기 모드 때문에 발생한다. 그러나 물 증기 여기에는 너무 낮은 에너지에서는 대기가 다시 투명해져 대부분의 마이크로파와 전파가 자유롭게 투과된다.[51]

약 10m 이상(약 30MHz)의 전파 파장에서는 하층 대기의 공기가 전파에 대해 투명하게 유지되지만, 전리층의 특정 층에 있는 플라스마가 전파와 상호 작용하기 시작한다(천파 참조).[52] 이 특성으로 인해 더 긴 파장(100m 또는 3MHz)은 반사되어 시야를 벗어난 단파 통신이 가능해진다. 그러나 특정 전리층 효과는 주파수가 약 10MHz 미만(파장이 약 30m 초과)일 때 우주에서 들어오는 전파를 차단하기 시작한다.[52]

4. 생물학적 영향



전자기파가 원자에 흡수되면 원자를 여기시켜 전자를 더 높은 에너지 준위로 상승시킨다. 여기된 원자나 분자의 전자가 더 낮은 에너지 준위로 내려가면 에너지 차이에 해당하는 진동수의 광자를 방출한다. 원자 내 전자의 에너지 준위는 불연속적이므로 각 원소와 각 분자는 고유한 진동수를 방출하고 흡수한다. 즉각적인 광자 방출을 형광이라고 하며, 이는 광발광의 한 유형이다. 지연된 방출은 인광이라고 한다.[35][36]

파동과 입자 효과는 전자기 복사의 방출 및 흡수 스펙트럼을 함께 설명한다. 빛이 통과하는 매질은 흡수 및 방출 스펙트럼의 특성을 결정하며, 이는 원자의 허용된 에너지 준위에 해당한다. 흡수 스펙트럼의 어두운 띠는 광원과 관측자 사이의 매질에 있는 원자 때문이며, 원자는 특정 주파수의 빛을 흡수한 다음 모든 방향으로 방출한다. 광선에서 산란된 복사로 인해 검출기에 어두운 띠가 나타난다. 원자가 여기되어 방출 가스가 빛날 때 방출 현상이 발생하는데, 전자가 더 낮은 에너지 준위로 내려갈 때 에너지 준위 사이의 도약을 나타내는 스펙트럼이 방출되지만, 특정 에너지에서만 방출이 일어나기 때문에 선이 보인다.[37] 이러한 현상은 빛을 비춘 기체의 구성(흡수 스펙트럼)과 빛나는 기체(방출 스펙트럼)의 화학적 결정을 돕는다.

4. 1. 유해성 논란

생체전자기학은 생명체에 대한 전자기파의 상호작용과 영향을 연구하는 학문이다. 인체를 포함한 생명 세포에 대한 전자기파의 영향은 전자기파의 세기와 진동수에 따라 달라진다. 저주파 전자기파(라디오파에서 근자외선까지)의 경우, 가장 잘 이해되는 영향은 전자기파 흡수 시 열을 발생시키는 전자기파 세기에 의한 영향이다. 이러한 열적 효과에서 주파수는 전자기파의 강도와 생명체 내 침투력에 영향을 미치기 때문에 중요하다(예를 들어, 마이크로파는 적외선보다 더 잘 침투한다). 무시할 만한 가열 효과를 일으키지 못할 정도로 약한 저주파장은 생물학적 영향을 미칠 수 없다는 것이 널리 받아들여지고 있다.[57]

일부 연구에 따르면, 더 약한 ''비열적'' 전자기장(후자는 엄밀히 말하면 전자기파가 아니지만, 약한 ELF 자기장 포함)[57][58][59] 및 변조된 RF 및 마이크로파 장이 생물학적 영향을 미칠 수 있다고 제시하지만, 이러한 영향의 중요성은 불분명하다.[60][61]

세계보건기구는 라디오파 전자기파를 2B군 - 발암 가능성이 있는 물질 -으로 분류했다.[62][63] 이 그룹에는 납, DDT, 스티렌과 같은 발암 가능성이 있는 물질들이 포함되어 있다.

더 높은 주파수(일부 가시광선 이상)에서는 개별 광자의 영향이 중요해지기 시작하는데, 이는 이제 개별적으로 생물학적 분자를 직접 또는 간접적으로 손상시킬 만큼 충분한 에너지를 가지고 있기 때문이다.[64] 모든 UV 주파수는 세계보건기구에 의해 1군 발암물질로 분류되었다. 태양 노출로 인한 자외선은 피부암의 주요 원인이다.[65][66]

따라서 UV 주파수 이상에서는 전자기파가 단순한 가열 효과보다 생물 시스템에 더 많은 손상을 입힌다. 이는 "원거리"(또는 "극단적") 자외선에서 가장 분명하게 나타난다. 자외선, X선 및 감마선은 이러한 방사선의 광자가 물질(생체 조직 포함)에서 이온과 자유 라디칼을 생성할 수 있기 때문에 전리 방사선으로 불린다. 이러한 방사선은 적은 열을 발생시키는 에너지 수준에서도 생명체에 심각한 손상을 입힐 수 있기 때문에 (에너지 또는 전력 단위당 발생하는 손상 측면에서) 전자기 스펙트럼의 나머지 부분보다 훨씬 위험한 것으로 간주된다.

4. 2. 의학적 활용

생체전자기학은 생명체에 대한 전자기파의 상호작용과 영향을 연구하는 학문이다. 인체를 포함한 생명 세포에 대한 전자기파의 영향은 전자기파의 세기와 진동수에 따라 달라진다. 저주파 전자기파(라디오파에서 근자외선까지)의 경우, 가장 잘 이해되는 영향은 전자기파 흡수 시 열을 발생시키는 전자기파 세기에 의한 영향이다. 이러한 열적 효과에서 주파수는 전자기파의 강도와 생명체 내 침투력에 영향을 미치기 때문에 중요하다(예를 들어, 마이크로파는 적외선보다 더 잘 침투한다). 무시할 만한 가열 효과를 일으키지 못할 정도로 약한 저주파장은 생물학적 영향을 미칠 수 없다는 것이 널리 받아들여지고 있다.[57]

일부 연구에 따르면, 더 약한 ''비열적'' 전자기장(약한 ELF 자기장 포함)[57][58][59] 및 변조된 RF 및 마이크로파 장이 생물학적 영향을 미칠 수 있다고 제시하지만, 이러한 영향의 중요성은 불분명하다.[60][61]

세계보건기구는 라디오파 전자기파를 2B군 - 발암 가능성이 있는 물질 -으로 분류했다.[62][63] 이 그룹에는 납, DDT, 스티렌과 같은 발암 가능성이 있는 물질들이 포함되어 있다.

더 높은 주파수(일부 가시광선 이상)에서는 개별 광자의 영향이 중요해지기 시작하는데, 이는 이제 개별적으로 생물학적 분자를 직접 또는 간접적으로 손상시킬 만큼 충분한 에너지를 가지고 있기 때문이다.[64] 모든 UV 주파수는 세계보건기구에 의해 1군 발암물질로 분류되었다. 태양 노출로 인한 자외선은 피부암의 주요 원인이다.[65][66]

따라서 UV 주파수 이상에서는 전자기파가 단순한 가열 효과보다 생물 시스템에 더 많은 손상을 입힌다. 이는 "원거리"(또는 "극단적") 자외선에서 가장 분명하게 나타난다. 자외선, X선 및 감마선은 이러한 방사선의 광자가 물질(생체 조직 포함)에서 이온과 자유 라디칼을 생성할 수 있기 때문에 전리 방사선으로 불린다. 이러한 방사선은 적은 열을 발생시키는 에너지 수준에서도 생명체에 심각한 손상을 입힐 수 있기 때문에 (에너지 또는 전력 단위당 발생하는 손상 측면에서) 전자기 스펙트럼의 나머지 부분보다 훨씬 위험한 것으로 간주된다.

5. 활용

전자기파는 다양한 분야에서 널리 활용된다.


  • '''통신''': 정보를 전달하는 데 사용된다.
  • '''방송''': 음성, 영상 등의 신호를 송수신한다.
  • '''레이더 및 탐지''': 물체의 위치, 속도 등을 탐지한다.
  • '''산업 및 과학''':
  • '''산업''': 전자레인지 (마이크로파 이용), 고주파 가열 (금속 가공), 레이저 (정밀 가공)
  • '''과학''': 전파 망원경 (우주 관측), 입자 가속기 (원자핵, 소립자 연구), 분광학 (물질 분석, 적색 편이를 통한 별 거리 측정[39], 흡수 스펙트럼(별 대기 성분 분석), 방출 스펙트럼(성운 성분 분석)[37][38])

5. 1. 통신

주어진 소스에는 전자기파를 이용한 통신 기술에 대한 내용이 없으므로, '통신' 섹션에 작성할 내용이 없습니다.

5. 2. 방송

파동과 입자 효과는 전자기 복사의 방출 및 흡수 스펙트럼을 완전히 설명한다. 빛이 통과하는 매질의 물질 구성은 흡수 및 방출 스펙트럼의 특성을 결정한다. 이러한 띠는 원자의 허용된 에너지 준위에 해당한다. 흡수 스펙트럼의 어두운 띠는 광원과 관측자 사이의 매질에 있는 원자 때문이다. 원자는 방출체와 검출기/눈 사이의 특정 주파수의 빛을 흡수한 다음 모든 방향으로 방출한다. 광선에서 산란된 복사로 인해 검출기에 어두운 띠가 나타난다. 예를 들어, 먼 별에서 방출되는 빛의 어두운 띠는 별의 대기 중 원자 때문이다. 열을 포함한 어떤 메커니즘으로부터 원자의 여기로 인해 방출 가스가 빛날 때 관찰되는 방출에도 유사한 현상이 발생한다. 전자가 더 낮은 에너지 준위로 내려갈 때, 전자의 에너지 준위 사이의 도약을 나타내는 스펙트럼이 방출되지만, 여기 후 특정 에너지에서만 방출이 일어나기 때문에 선이 보인다.[37] 예로 성운의 방출 스펙트럼이 있다.[38] 빠르게 움직이는 전자는 힘의 영역을 만날 때 가장 날카롭게 가속되므로, 자연에서 관찰되는 가장 높은 주파수의 전자기 복사를 생성하는 데 중요한 역할을 한다.

이러한 현상은 뒤에서 빛을 비춘 기체의 구성(흡수 스펙트럼)과 빛나는 기체(방출 스펙트럼)의 화학적 결정을 다양하게 돕는다. 예를 들어, 분광법은 특정 별을 구성하는 화학 원소를 결정한다. 분광법은 또한 적색 편이를 사용하여 별의 거리를 결정하는 데 사용된다.[39]

5. 3. 레이더 및 탐지

파동과 입자 효과는 전자기 복사의 방출 및 흡수 스펙트럼을 완전히 설명한다. 빛이 통과하는 매질의 물질 구성은 흡수 및 방출 스펙트럼의 특성을 결정한다. 이러한 띠는 원자의 허용된 에너지 준위에 해당한다. 흡수 스펙트럼의 어두운 띠는 광원과 관측자 사이의 매질에 있는 원자 때문이다. 원자는 방출체와 검출기/눈 사이의 특정 주파수의 빛을 흡수한 다음 모든 방향으로 방출한다. 광선에서 산란된 복사로 인해 검출기에 어두운 띠가 나타난다. 예를 들어, 먼 별에서 방출되는 빛의 어두운 띠는 별의 대기 중 원자 때문이다. 열을 포함한 어떤 메커니즘으로부터 원자의 여기로 인해 방출 가스가 빛날 때 관찰되는 방출에도 유사한 현상이 발생한다. 전자가 더 낮은 에너지 준위로 내려갈 때, 전자의 에너지 준위 사이의 도약을 나타내는 스펙트럼이 방출되지만, 여기 후 특정 에너지에서만 방출이 일어나기 때문에 선이 보인다.[37] 예로 성운의 방출 스펙트럼이 있다.[38] 빠르게 움직이는 전자는 힘의 영역을 만날 때 가장 날카롭게 가속되므로, 자연에서 관찰되는 가장 높은 주파수의 전자기 복사를 생성하는 데 중요한 역할을 한다.

이러한 현상은 뒤에서 빛을 비춘 기체의 구성(흡수 스펙트럼)과 빛나는 기체(방출 스펙트럼)의 화학적 결정을 다양하게 돕는다. 예를 들어, 분광법은 특정 별을 구성하는 화학 원소를 결정한다. 분광법은 또한 적색 편이를 사용하여 별의 거리를 결정하는 데 사용된다.[39]

5. 4. 산업 및 과학

전자기파는 산업 및 과학 분야에서 다양하게 활용된다.
산업 분야

  • 전자레인지: 마이크로파를 이용하여 음식물 속의 물 분자를 진동시켜 열을 발생시키는 조리 기구이다.
  • 고주파 가열: 금속을 가열하는 데 사용되는 기술로, 유도 가열이라고도 한다. 고주파 전자기장을 금속에 가하면 금속 내부에 와전류가 발생하여 열이 발생한다.
  • 레이저 가공: 레이저를 이용하여 재료를 절단, 용접, 마킹하는 기술이다. 레이저는 높은 에너지 밀도를 가지는 단색광으로, 정밀한 가공이 가능하다.

과학 분야

  • 전파 망원경: 우주에서 오는 전파를 관측하는 데 사용되는 장비이다. 전파는 가시광선보다 파장이 길어 대기 중의 먼지나 구름을 통과할 수 있으므로, 가시광선으로 관측하기 어려운 천체를 관측하는 데 유용하다.
  • 입자 가속기: 전하를 띤 입자를 가속시켜 높은 에너지를 얻는 장치이다. 원자핵이나 소립자의 구조를 연구하는 데 사용된다.
  • 분광학: 물질이 방출하거나 흡수하는 전자기파의 스펙트럼을 분석하여 물질의 성분, 구조, 에너지 상태 등을 알아내는 방법이다.
  • 흡수 스펙트럼: 광원과 관측자 사이의 매질에 있는 원자가 특정 주파수의 빛을 흡수하여 어두운 띠를 만드는 현상을 이용하며, 먼 별의 대기 성분을 분석하는 데 활용된다.
  • 방출 스펙트럼: 원자가 여기되어 빛을 낼 때, 전자가 낮은 에너지 준위로 이동하면서 특정 에너지의 빛을 방출하는 현상을 이용하며, 성운의 성분 분석 등에 사용된다.[37][38]
  • 적색 편이를 이용해 별의 거리를 측정하기도 한다.[39]

6. 역사

제임스 클러크 맥스웰은 전기 및 자기 방정식의 파동 형태(전자기파 방정식)를 유도하여 전기장(전기장)과 자기장(자기장)의 파동적 성질과 그 대칭성(대칭성)을 밝혀냈다. 파동 방정식으로 예측된 전자기파의 속도가 측정된 빛의 속도(빛의 속도)와 일치했기 때문에, 맥스웰은 빛 자체가 전자기파라는 결론을 내렸다.[10][11] 맥스웰 방정식은 하인리히 헤르츠가 전파를 이용한 실험을 통해 확인하였다.[12]

19세기 초, 가시광선 이외의 파장을 가진 전자기파가 발견되었다. 윌리엄 허셜은 1800년에 영국 왕립 학회에 적외선 발견에 대한 연구 결과를 발표했다.[41] 그는 유리 프리즘을 사용하여 태양에서 나오는 빛을 굴절시켰고, 온도계로 측정한 온도 상승을 통해 스펙트럼의 붉은 부분 너머에서 열을 발생시키는 보이지 않는 광선을 감지했다. 이러한 "열선"은 나중에 적외선으로 불리게 되었다.[42]

1801년, 독일의 물리학자 요한 빌헬름 리터는 자외선을 발견했다. 그는 허셜의 실험과 유사하게 태양광과 유리 프리즘을 사용했다. 리터는 삼각 프리즘에 의해 분산된 태양 스펙트럼의 보라색 가장자리 근처에 있는 보이지 않는 광선이 근처의 보라색 빛보다 염화은 조제를 더 빠르게 어둡게 한다는 것을 알아챘다. 리터의 실험은 후에 사진술이 되는 것의 초기 전조였다. 그는 자외선(처음에는 "화학선"이라고 불림)이 화학 반응을 일으킬 수 있다는 것을 알아챘다.[43][44]

제임스 클러크 맥스웰
(1831–1879)


1862년부터 1864년까지 제임스 클러크 맥스웰은 전자기장에 대한 방정식을 개발했는데, 이 방정식은 그 장의 파동이 빛의 알려진 속도에 매우 가까운 속도로 이동한다는 것을 시사했다. 따라서 맥스웰은 가시광선(그리고 추론에 의해 보이지 않는 적외선과 자외선)이 모두 전자기장에서 전파되는 교란(또는 방사선)으로 구성된다고 제안했다. 1887년 하인리히 헤르츠는 라디오파를 처음으로 의도적으로 생성했는데, 그는 가시광선보다 훨씬 낮은 주파수에서 진동을 생성하도록 계산된 전기 회로를 사용하여 맥스웰 방정식이 제안한 진동하는 전하와 전류를 생성하는 방법을 따랐다. 헤르츠는 이러한 파동을 감지하는 방법도 개발했고, 나중에 라디오파와 마이크로파로 불리는 것을 생성하고 특성화했다.[45]

빌헬름 뢴트겐은 X선을 발견하고 명명했다. 1895년 11월 8일, 그는 진공관에 고전압을 가하는 실험을 하던 중 근처에 있는 코팅된 유리판에서 형광을 발견했다. 한 달 만에 그는 X선의 주요 특성을 발견했다.[45]

전자기 스펙트럼의 마지막 부분은 방사능과 관련하여 발견되었다. 앙리 베크렐은 우라늄 염이 X선과 유사한 방식으로 덮개 종이를 통해 노출되지 않은 사진 건판의 흐릿함을 유발한다는 것을 발견했고, 마리 퀴리는 특정 원소만이 이러한 에너지 광선을 방출한다는 것을 발견하여 곧 라듐의 강렬한 방사선을 발견했다. 1899년, 어니스트 러더퍼드는 피치블렌드에서 나오는 방사선을 간단한 실험을 통해 알파선(알파 입자)과 베타선(베타 입자)으로 구분했지만, 이들은 대전된 입자 형태의 방사선임이 증명되었다. 1900년, 프랑스 과학자 폴 빌라르는 라듐에서 세 번째 중성적으로 대전되고 특히 투과력이 강한 유형의 방사선을 발견했고, 러더퍼드는 1903년에 그것을 감마선이라고 명명했다. 1910년, 영국의 물리학자 윌리엄 헨리 브래그는 감마선이 입자가 아닌 전자기 방사선임을 증명했고, 1914년 러더퍼드와 에드워드 안드라데는 그 파장을 측정하여 X선과 유사하지만 파장이 더 짧고 주파수가 더 높다는 것을 발견했다. X선과 감마선 사이의 '교차'로 인해 감마선보다 에너지가 높은(따라서 파장이 더 짧은) X선과 그 반대의 경우가 가능하다. 광선의 기원이 그것들을 구별하는데, 감마선은 원자의 불안정한 원자핵에서 유래하는 자연 현상인 경향이 있고, X선은 제동복사 X선으로 인해 고속 입자(베타 입자와 같은)가 특정 물질(일반적으로 원자 번호가 더 높은 물질)과 충돌할 때 발생하는 경우를 제외하고는 전기적으로 생성(따라서 인공적으로 생성)된다.[45]

참조

[1] 서적 Electricity and Magnetism, 820p Cambridge University Press, New York
[2] 웹사이트 What Is Electromagnetic Radiation? https://www.thoughtc[...] 2024-09-25
[3] 논문 A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field 1865-01-01
[4] 서적 Physics for Engineering and Science, p427 McGraw Hill/Schaum, New York
[5] 서적 An Introduction to Electromagnetic Wave Propagation and Antennas https://books.google[...] Springer Science and Business Media 1995
[6] 서적 A Course in Classical Physics, Vol. 4 – Waves and Light https://books.google[...] Springer 2016
[7] 웹사이트 The Dual Nature of Light as Reflected in the Nobel Archives https://www.nobelpri[...] 2017-09-04
[8] 웹사이트 Electromagnetic Spectrum facts, information, pictures Encyclopedia.com articles about Electromagnetic Spectrum http://www.encyclope[...] 2017-09-04
[9] 서적 Physics for Scientists and Engineers: Vol. 1: Mechanics, Oscillations and Waves, Thermodynamics https://books.google[...] MacMillan 1999
[10] 웹사이트 Electromagnetic Waves https://physics.info[...] 2018-06-04
[11] 웹사이트 The Impact of James Clerk Maxwell's Work http://www.clerkmaxw[...] 2017-09-04
[12] 웹사이트 Maxwell's equations and the secrets of nature https://plus.maths.o[...] 2021-05-02
[13] 웹사이트 Electromagnetic radiation Britannica https://www.britanni[...] 2023-10-16
[14] 웹사이트 10.1: Liénard-Wiechert Potentials https://phys.librete[...] 2024-07-26
[15] 문서
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