전자파(Electromagnetic Wave)

전자파(Electromagnetic wave)는 방향이 같고 서로 수직인 전기장과 자기장이 공간 속에서 파생하여 방출하는 발진 입자파로 파동의 형태로 전파되는 전자기장으로서 파립자 2상성을 가지고 있습니다. 입자 형태를 광자라고 합니다. 전자파와 광자는 흑이 아닌 백의 관계가 아니라 실제 연구에 따라 그 성질이 나타내는 두 측면입니다. 같은 상으로 진동하며 서로 수직인 전기장과 자기장이 공간 내에서 파의 형태로 이동하며, 그 전파 방향은 전기장과 자기장으로 구성된 평면에 수직입니다. 전자파는 진공에서 속도가 일정하고, 속도는 광속입니다. 맥스웰 방정식을 참조하십시오.

 

전자파가 수반하는 전기장의 방향, 자기장의 방향, 전파 방향의 세 가지가 서로 수직이기 때문에 전자파는 횡파입니다. 전자파는 사실상 전파와 자기파로 구분되며 둘의 총칭이지만 전기장과 자기장이 항상 동시에 나타나고 동시에 소멸하며 서로 바뀌기 때문에 보통 둘을 합쳐 전자파라고 부르기도 하고 때로는 직접 줄여서 전파라고 부르기도 합니다.

양자역학적으로 전자기파의 에너지는 광자의 몫으로 나타납니다. 광자는 본질적으로 파포, 즉 지역적 에너지로 나타납니다. 전자기파의 에너지는 양자화되어 있습니다. 그 에너지 레벨이 방사 임계점을 건너뛰면 광자 형태로 바깥으로 방사됩니다. 이 단계는 파체가 광자입니다. 광자는 보손자에 속합니다.

일정한 주파수 범위의 전자파를 사람의 눈에 볼 수 있습니다. 이것을 가시광선이라고 부르거나 줄여서 빛이라고 부르기도 합니다. 태양빛은 전자파의 일종인 가시 방사 형태입니다. 전자파는 매체에 의해 전파되지 않습니다.
전자기 복사는 일반적으로 모든 전자기 복사 특성의 전자파를 의미하며, 비전리 복사는 전파, 마이크로파, 적외선, 가시광선, 자외선을 의미합니다. 반면 X선 및 감마선은 일반적으로 방사능 피폭으로 인식됩니다.전리방사라고 합니다.
특히 전자파가 전통적인 기계파와 같이 공간적 진동이 발생하는 것이 아니라 전파 경로상 다른 점의 전기장과 자기장의 속성이 바뀐다는 점에 주목해야 합니다.

 

과학적으로 전자기파는 에너지의 일종입니다. 기계파, 중력파, 물질파(확률파)와 같이 절대영도 이상의 물체는 전자파를 방출합니다. 온도가 높을수록 방출되는 전자기파의 빈도가 높아지고 파장이 짧아지는 전자기파를 흑체 복사라고 합니다. 사람이 공기 중에 살면서 눈은 공기가 보이지 않듯이 빛의 물결 외에 다른 전자기파도 보이지 않습니다.

전자기장은 전기장과 자기장의 두 측면을 포함하며, 각각 전기장 강도 E(또는 전위 이동 D) 및 자속 밀도 B(또는 자기장 강도 H)로 그 특성을 나타냅니다. 맥스웰의 전자기장 이론에 따르면 이 둘은 서로 밀접하게 서로 의지하고 있습니다. 시변하는 전기장은 자기장을 일으킬 수 있고, 시변하는 자기장도 전기장을 일으킬 수 있습니다. 전자기장의 장원이 수시로 변할 때 그 전기장과 자기장이 서로 자극하여 전기자장의 운동을 일으켜 전자파를 형성합니다. 전자파의 전파속도는 빛의 속도와 같으며 자유공간에서는 c=299792458m/s33×108m입니다. 전자기파의 진행은 또한 전력의 수송을 수반합니다.

전자기 복사량은 온도와 관련이 있습니다. 보통 절대 0도보다 높은 물질이나 입자는 전자기 복사를 합니다. 온도가 높을수록 복사량이 크고 빈도가 높을수록 파장이 짧습니다. 그러나 대부분 육안으로 관찰될 수 없습니다.

기본 속성
전자기파에는 세 가지 속성이 있습니다. 진폭(강도, 광강), 주파수(파장), 파형(주파수 분포)이 있습니다. 가시광선의 경우 각각 광색상의 명도, 색상과 색상에 대응합니다. 단일 주파수의 전자기파의 경우 초위상의 개념도 있습니다. 파형은 사인파(코사인 곡선)이며, 이를 사인파(코사인파)라고 합니다. 전자기파의 파형은 사인파에 가까울수록 정현파에 가깝습니다.

전자기파의 중요한 속성은 주파수입니다. 그러나 전자기파의 각종 성질을 결정할 수 있습니다. 그러나 전자기파의 주파수를 기술하는 것은 반드시 주파수 자체를 사용할 필요는 없습니다. 또한 주파수와 관련된 물리량일 수 있습니다. 자주 사용되는 파장(아무런 설명을 하지 않는다면, 기본적으로는 진공의 파장을 가리킵니다. 주파수와 유일한 대응관계(반비례), 광자 에너지(주파수와 비례), 파장수(파장의 역수, 주파수와 비례합니다. 진공에서의 파장수)를 묵인합니다.

물리량 기호
주파수→f 또는 (그리스 문자열 v가 아닌 양자역학에서 많이 사용됨), 파장→λ, 광자 에너지→E, 파수→k(분광학에서는 σ와 ）를 많이 사용함), 주기→T, 광속→c(진공에서) 또는 v(매질에서)(파장λ, 파수 k, 광속 c는 모두 기본적으로 진공의 것을 의미함)입니다.

정의식: f=1 f=1 (=c), E=hf (=h ), k=1

 

전자파와 관련된 각각의 물리량 사이의 환산입니다.

f ( = ν ) = c EMJ_PHL>c = 1 EMJ_PHL>c = 1 EMJ_PHL>c = 1
λ = c ( = c ) = cT EMJ_PHL>cT = hc EMJ_PHL>cT = hc
E = hf ( = hν ) = hc EMJ_PHL>hc = hck EMJ_PHL>hc = hck
k = 1 k = 1 ( = ν ) = E EMJ_PHL>E = 1
T = 1 ( = 1 ) = λ EMJ_PHL>λ = 1 EMJ_PHL>λ = 1

진공에서 전자기파의 전파 속도(파속)는 일정값입니다. 즉 (진공에서) 광속은 c,c=299792458m입니다. 전자기파는 진공에서도 전파될 수 있고 매체에서도 전파될 수 있습니다. 그러나 매체에서는 파속이 감소합니다. 일반적으로 기체, 액체, 고체에서는 전자기파가 차례로 감소합니다. 매질의 전자파에 대한 굴절률 n은 진공 광속 c를 매체의 속도와 v로 나눈 것입니다. 진공의 굴절률은 1이고 기체의 굴절률은 1 이상이며 액체, 고체의 굴절률은 1 이상입니다. 굴절률이 클수록 매체의 파속은 감소합니다. 일반적인 경우, 동종 매체에서 전자파의 주파수가 높을수록(파장이 짧을수록), 굴절률이 클수록, 파속이 낮습니다. 만약 같은 종류의 매질에서 자색광의 굴절률은 적색광보다 큽니다. 자색광의 빈도는 적색광보다 높고, 파장은 적색광보다 짧습니다.

파립이상성
모든 전자파는 파립자 이상성을 가지고 있습니다. 입자의 형태를 광자라고 합니다. 전자파와 광자는 흑이 아닌 백의 관계가 아니라 실제 연구에 따라 그 성질이 나타내는 두 측면을 나타냅니다. 그것들은 병존합니다. 당신 속에 내가 있고 나 속에 당신이 있습니다. 기계파와 중력파에도 대응하는 입자 형태인 성자와 중력자가 있습니다. 그 중 성자는 준입자로 매질의 존재가 필요하지만 중력자는 광자와 같이 보손일 수 있습니다. 다만 아직 관측되지 않은 가상의 입자에 속합니다. 양자역학 이론에 따르면 실물 입자도 파동성이 있는데, 이를 물질파, 또는 데브로파라고 합니다.

파동성과 입자성의 강약은 주파수와 파장에 따라 결정됩니다. 전파는 파동성을 위주로 입자성이 극히 미약합니다. 마이크로파의 파동성이 비교적 강하고 일정한 입자성도 존재합니다. 적외선, 가시광선 및 자외선 파동성과 입자성이 비교적 뚜렷하며 파동성과 입자성의 전이 지대에 있습니다. X선도 회절현상(X선 현미경)이 발생할 수 있지만 파동성이 약하고 입자성도 비교적 뚜렷합니다(컴프턴 효과).

전자기장
전자기장은 물질의 특수한 형태입니다. 질량, 에너지, 운동량 등 일반적인 물질의 주요 속성을 가지고 있습니다. 객관적으로 관찰 조건과 무관한 통일된 전자기장이 영원히 존재합니다. 전기장과 자기장의 두 부분으로 나누는 것은 상대적이며 시험 조건과 관련이 있습니다.
구면파, 기둥파, 평면파는 시간에 따라 정현으로 변하는 전자파에 대하여 전장강도 E와 자기장강도 H의 등상면(즉, 파앞)에 따라 구면, 기둥면 또는 평면이 다른 경우입니다. 전자파는 또 구면파, 기둥파, 평면파의 구분이 있습니다.
횡전자파, 횡전자파, 그 전기장과 자기장이 전파방향에 수직인 평면에 있는 전자파를 횡전자파, 줄여서 TEM파라고 합니다. 파동에 수직인 전파 방향 평면에 전기장만을 포함하는 전자파를 횡전파(橫電波), 줄여서 TE파(TE波)라고 합니다. 파의 전파방향에 수직인 평면에 자기장만을 포함하는 전자파를 횡자파(橫磁波), 줄여서 TM파(TM波)라고 합니다.

 

주파수 범위
전자기파가 자유공간에 있는 파장 λ 또는 주파수 f(λf=c f)의 순서대로 배열된 표를 전자파 스펙트럼이라고 합니다. 편의상 스펙트럼을 표와 같이 주파수 대역 또는 주파수 대역을 구분합니다. 300GHz 이상이면 원적외선, 가시광선, x선, 감마선 영역으로 순차적으로 들어갑니다.

전자기파의 주파수 범위는 무한대로 0Hz(파장은 무한대에 가깝고 관측 가능한 우주의 지름을 고려하면 최저 3.4×10-19Hz, 대응 파장은 약 930억 광년)에서 플랑크 주파수 1.85×1043Hz(파장은 플랑크 길이)까지이며, 이 중 인간 기술이 탐지할 수 있는 주파수 범위는 10-2~1035Hz 사이이며, 극저주파(극장파, 극장파, 극장파, 공사에 이용됩니다. 전자파는 주파수와 파장에 따라 구분되며, 주파수는 낮은 것에서 높은 것(파장)으로 구분됩니다. 길이부터 길이까지 전파, 마이크로파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선으로 나눌 수 있습니다. 사람의 눈에 보이는 전자파인 가시광선은 그 중 아주 작은 부분일 뿐입니다. 전자파 주파수의 국제단위는 헤르츠(Hz)이고 상용 주파수 단위는 mHz(mHz, 10-3Hz), 킬로헤르츠(kHz103Hz), 메가헤르츠(MHz106Hz), 기가헤르츠(GHz109Hz), 테라헤르츠(THz1012Hz), 피치헤르츠(PHz1015Hz), 아이헤르츠(EHz1018Hz), 제르헤르츠(ZHz1021Hz), 요헤르츠(YHz1024Hz) 등이 있습니다. 라디오에서 사용하는 전자파 주파수는 105~108Hz 수준이고 TV에서 사용하는 전자파 주파수는 107~108입니다. Hz는 휴대전화, 무선인터넷에 108~109Hz, 광섬유 통신에 1014Hz의 전자파를 사용합니다.