전자기파

전자기복사를 구성하는 전자기파는 매질 없이 전파되는 전기장과 자기장의 횡파라고 볼 수 있다. 위 그림은 왼쪽에서 오른쪽으로 진행하는 직선 편광된 전자기파를 보여준다. 전기장은 수직 평면에서 진동하고 자기장은 수평 평면에서 진동한다. 전자기파에서 전기장과 자기장은 위상이 같고 항상 서로 90°를 이룬다.

전자기파(電磁氣波) 또는 전자기복사(電磁氣輻射, Electromagnetic radiation, EMR)는 특정 전자기적인 과정에 의해 복사되는 에너지이다. 가시광선도 전자기파에 속하며 전파, 적외선, 자외선, X선 같은 전자기파들은 우리 눈에 보이지 않는다.

고전 역학에서 전자기복사는 동시에 진동하는 전기장자기장으로 구성된 전자기파로 이루어진다. 또한 이들은 진공에서 빛의 속력으로 전달된다. 두 장의 진동은 서로 수직이며 진행방향에 수직이고 횡파이다. 전자기파는 진동수가 크거나 작은 순서대로 전자기파 스펙트럼을 형성하는데 여기에 라디오파, 마이크로파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선이 포함된다.

전자기파는 전하를 가진 입자가 가속될 때 생기는데, 이 전자기파는 이후에 전하를 가진 입자들과 상호작용하게 된다. 이 과정에서 전자기파는 에너지, 운동량 그리고 각운동량을 전달할 수 있다. 전자기파의 양자들은 광자이다. 광자는 질량이 없지만 중력의 영향을 받는다. 전자기복사는 자신을 만들어낸 입자(혹은 전류)와 빠르게 멀어져가기 때문에 그것과 지속적인 상호작용 없이 자유롭게 공간으로 전파되는 전자기파의 집합이라고 할 수 있다. 따라서 전자기복사를 원거리장이라고 하기도 한다. 반대로 근거리장은 자신을 만들어낸 입자들 혹은 전류 주변에서의 전자기파를 가리킨다. 정전기전자기 유도 현상이 그 예이다.

양자 역학에서의 전자기파는 모든 전자기적 상호작용에 관여하는 기본입자인 광자로 이루어진다. 흑체 복사나 원자에서 낮은 에너지 준위로의 양자 도약처럼 양자적 효과는 특정 전자기복사와 관련된 현상에 설명을 제공해준다. 개개 광자의 에너지는 양자화 되어있고 광자의 진동수가 클수록 에너지가 커진다. 이런 관계는 플랑크 방정식 E = hf 에 의해 주어진다. 여기서 E 는 광자의 에너지이고 f는 광자의 진동수이다. 그리고 h플랑크 상수이다. 예를 들어 하나의 감마선 광자는 가시광선 광자보다 약 100,000배에 가까운 에너지를 전달한다.

생물학적 계(그리고 다른 많은 표준온도압력에서의 화학적계)에 대한 전자기복사의 효과는 복사의 일률(Power)과 진동수에 의존한다. 가시광선이나 더 파장이 큰 전자기복사의 경우 세포나 다른 물질에 가해지는 피해는 주로 일률(Power)에 의해 결정되며 이는 수많은 광자들이 합산된 에너지로부터의 가열에 의한 것이다. 반면에 자외선이나 더 에너지가 큰 전자기복사의 경우 화학적 물질이나 살아있는 세포는 단순한 가열에 의한 피해보다 더 막대한 피해를 입게된다. 높은 에너지의 광자의 경우 개개의 광자들이 분자에 직접적인 영향을 주기 때문이다.

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