전자기 방사선 -Electromagnetic radiation - Microwaves, Wavelengths, Frequency

[dhleepaul]

과학물리학물질 & 에너지

전자기 스펙트럼에서전자기 방사선 에서일반적인 고려 사항

* 이하의 본문 내용은 실생활에 이용되는 많은 실용과학분야가 소개됩니다. 요즘 많이 이용되는 태양광, 싱크대의 필수품 전자렌지 등등 실생활과 연결되는 많은 지적 샘물이 솟아나는 곳입니다. 일광욕과 오존층의 이해 등등-dhleepaul

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Electromagnetic radiation | Spectrum, Examples, & Types

멜바 필립스, 

헬무트 프리체(Hellmut Fritzsche)• 모두

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아티클 기록

전자기 스펙트럼

그림 1: 전자기 스펙트럼. 작은 가시 범위(음영 처리)는 오른쪽에 확대되어 표시됩니다.(자세히)

위에 주어진 친숙한 현상에 대한 간략한 설명은 낮은 주파수 ν(전파)에서 매우 높은 ν 값(감마선)에 이르기까지 전자기 복사를 조사했습니다. 전파의 ν 값에서 가시 광선의 ν 값으로 이동하는 것은 이 페이지의 두께를 지구에서 태양까지의 거리와 비교하는 것과 같으며, 이는 백만 십억 배 증가를 나타냅니다. 마찬가지로, 가시광선의 ν 값에서 감마선의 훨씬 더 큰 값으로 이동하는 것은 주파수가 백만 십억 배 더 증가한다는 것을 나타냅니다. 전자기 스펙트럼이라고 하는 이 매우 넓은 범위의 ν 값은 다양한 부품 또는 영역에 사용되는 일반 이름과 함께 그림 1에 나와 있습니다.

숫자 ν는 전자기 복사에 대한 고전적 해석과 현대적 해석 모두에서 공유됩니다. 고전 언어에서 ν는 전자기파의 시간적 변화의 주파수입니다. 파동의 주파수는 다음과 같은 방식으로 속도 c 및 파장 λ와 관련이 있습니다. 1초에 10개의 완전한 파동이 지나가면 10번의 꿈틀거림을 관찰하고 그러한 파동의 주파수는 ν = 초당 10사이클(10헤르츠[Hz])이라고 말합니다. 예를 들어 파동의 파장이 λ = 3cm이면 30cm 길이의 파동 열차가 그 1초 동안 통과하여 관찰된 10개의 꿈틀거림을 생성한 것이 분명합니다. 따라서 파도의 속도는 초당 30cm이며 일반적으로 속도는 c = λν입니다. 모든 종류의 전자기 복사 속도는 정확히 c = 초당 299,792,458미터(초당 186,282마일)로 정의되는 것과 동일한 보편적 상수입니다. c = λν에서 계산 된 자유 공간에서의 고전 전자기파의 파장은 현대 광자의 에너지 hν와 마찬가지로 그림 1의 스펙트럼에도 표시됩니다. 일반적으로 에너지 의 단위로 사용되는 것은 1볼트 배터리가 전자에 줄 수 있는 에너지인 전자 볼트(eV)입니다. 파장 λ의 범위와 광자 에너지 hν의 범위는 ν 값의 스펙트럼과 동일하게 크다는 것이 분명합니다.

스펙트럼의 여러 부분의 전자기 복사의 파장과 에너지 양자 hν는 크기가 매우 다르기 때문에 방사선의 소스, 물질과의 상호 작용 및 사용되는 검출기가 그에 따라 다릅니다. 이것이 동일한 전자기 방사선이 스펙트럼의 여러 영역에서 다른 이름으로 불리는 이유입니다.

방사선 필드

그림 2: 벡터 {E vector}와 {B vector}가 서로 수직이고 전파 방향에 수직인 방사선장(텍스트 참조).(자세히)

이러한 명백한 규모의 차이에도 불구하고 모든 형태의 전자기 방사선은 잘 이해되고 원자, 분자 및 큰 물체의 하전 입자와의 특성과 상호 작용을 매우 정밀하게 계산할 수 있는 특정 일반 규칙을 따릅니다. 전자기 복사는 고전적으로 말하자면, 빈 공간을 통해 빛 c의 속도로 전파되는 전기장 및 자기장의 파동 입니다. 이 파동에서 전기장과 자기장은 매초 크기와 방향을 변경합니다. 이 변화율은 초당 사이클, 즉 헤르츠로 측정된 주파수 ν입니다. 전기장과 자기장은 그림 2와 같이 항상 서로 수직이며 전파 방향에 직각을 이룹니다. 파동의 전기 구성 요소가 전달하는 에너지는 자기 구성 요소와 같으며 에너지는 전계 강도의 제곱에 비례합니다.

전자기 방사선의 발생

전자기 복사는 전자와 같은 하전 입자가 속도를 변경할 때마다, 즉 가속 또는 감속될 때마다 생성됩니다. 이렇게 생성된 전자기 복사의 에너지는 하전 입자에서 나오므로 하전 입자에 의해 손실됩니다. 이 현상의 일반적인 예는 라디오 안테나의 진동 전하 또는 전류입니다. 무선 송신기의 안테나는 전하가 원하는 주파수로 진동하는 전기 공진 회로의 일부입니다. 이렇게 생성된 전자기파는 동일한 주파수로 조정된 튜너의 진동 전기 회로에 연결된 유사한 안테나에 의해 수신될 수 있습니다. 전자기파는 차례로 수신 안테나에서 진동하는 전하 운동을 생성합니다. 일반적으로 주어진 주파수의 전자기 방사선을 방출하는 모든 시스템은 동일한 주파수의 방사선을 흡수 할 수 있다고 말할 수 있습니다.

이러한 인간이 만든 송신기와 수신기는 전자기파의 파장이 감소함에 따라 작아지고 밀리미터 범위에서는 실용적이지 않은 것으로 판명되었습니다. 그보다 백만 배 더 작은 X선의 파장에 이르기까지 훨씬 더 짧은 파장에서, 진동하는 전하는 분자와 원자의 움직이는 전하로 인해 발생합니다.

전자기 방사선의 생성은 두 가지 범주로 분류 할 수 있습니다 : (1) 광범위한 연속 주파수 스펙트럼을 포괄하는 방사선을 생성하는 시스템 또는 프로세스와 (2) 특정 시스템의 특징 인 개별 주파수의 방사선을 방출 (및 흡수)하는 시스템 또는 프로세스. 연속 스펙트럼을 가진 태양이 첫 번째 범주의 예이며, 한 주파수에 맞춰진 무선 송신기가 두 번째 범주를 예시합니다.

전자기 방사선의 연속 스펙트럼

이러한 스펙트럼은 따뜻한 물질에 의해 방출됩니다. 열은 전자, 원자 및 분자의 불규칙한 운동입니다. 온도가 높을수록 움직임이 더 빨라집니다. 전자는 원자보다 훨씬 가볍기 때문에 불규칙한 열 운동은 연속적인 주파수 스펙트럼을 반영하는 불규칙한 진동 전하 운동을 생성합니다. 특정 주파수에서의 각 진동은 전자기 방사선을 방출하고 받는 작은 "안테나"로 간주될 수 있습니다. 쇳조각 이 점점 더 높은 온도로 가열되면 처음에는 붉은색으로, 그 다음에는 노란색으로, 마지막에는 흰색으로 빛납니다. 요컨대, 가시 스펙트럼의 모든 색상이 표현됩니다. 다리미가 빨갛게 빛나기 시작하기 전에도 피부의 열 감각에 의해 적외선이 방출되는 것을 느낄 수 있습니다. 하얗게 달궈진 쇳조각도 자외선을 방출하는데, 이는 사진 필름으로 감지할 수 있습니다.

동일한 온도로 가열된 모든 물질이 동일한 양과 전자기파의 스펙트럼 분포를 방출하는 것은 아닙니다. 예를 들어, 다리미 옆에서 가열된 유리 조각 은 거의 무색으로 보이지만 다리미보다 피부에 더 뜨겁게 느껴집니다(더 많은 적외선을 방출함). 이 관찰은 상호성의 법칙을 보여줍니다 : 물체는 흡수 할 수있는 주파수에서 강하게 방출되는데, 이는 두 과정 모두에 해당 주파수 범위의 작은 안테나가 필요하기 때문입니다. 유리는 이러한 특정 주파수에서 가능한 전자 흡수가 없기 때문에 빛의 가시 범위에서 투명합니다. 결과적으로 유리는 빨간색을 흡수할 수 없기 때문에 빨간색으로 빛날 수 없습니다. 반면에 유리는 이러한 저주파 전자기파를 강하게 반사하는 철이나 다른 금속보다 적외선에서 더 나은 방출기/흡수체입니다. 이 선택적 방사율과 흡수율은 온실 효과(아래 대기의 온실 효과 참조) 및 자연의 다른 많은 현상을 이해하는 데 중요합니다. 전구의 텅스텐 필라멘트는 온도가 2,500K(4,040°F)이며 가시광선은 많지만 적외선은 상대적으로 적외선을 방출하지 않습니다. 이는 위에서 언급한 바와 같이 금속이 적외선 범위에서 방사율이 작기 때문입니다. 이것은 전구에서 나오는 빛을 원하지만 열이 많지 않기 때문에 물론 운이 좋습니다. 촛불에서 방출되는 빛은 화염 속의 매우 뜨거운 탄소 그을음 입자에서 발생하며, 이는 가시 광선을 강하게 흡수하여 방출합니다. 대조적으로, 부엌 레인지의 가스 불꽃은 그을음이 없기 때문에 촛불 불꽃보다 뜨거워도 창백합니다. 별에서 오는 빛은 별들 표면에 있는 가스의 높은 온도에서 비롯됩니다. 태양 표면에서 광범위한 방사선이 방출되며 그 온도는 약 5,800K입니다. 방사선 출력은 태양 표면 1제곱미터당 6,000만 백만 와트이며, 이는 약 30,000가구에 전력을 공급할 수 있는 평균 크기의 상업용 발전소에서 생산되는 양과 같습니다.

가열된 물체의 스펙트럼 구성은 물체를 구성하는 재료에 따라 다릅니다. 그것은 이상적인 라디에이터 또는 흡수기의 경우가 아닙니다. 이러한 이상적인 물체는 모든 주파수의 방사선을 동등하게 완전히 흡수하여 방출합니다. 이러한 종류의 라디에이터/흡수기는 흑체라고 하며, 그 방사선 스펙트럼은 흑체 복사라고 하며, 이는 하나의 매개변수인 온도에만 의존합니다. 과학자들이 그러한 이상적인 물체를 고안하고 연구하는 이유는 그 특성을 정확히 알 수 있기 때문입니다. 그런 다음 이 정보를 사용하여 철이나 유리, 구름 또는 별과 같은 실제 물체가 다르게 동작하는 이유를 파악하고 이해할 수 있습니다.

흑체의 좋은 근사치는 석탄 조각 이거나 더 나은 것은 작은 구멍을 통해 볼 수있는 석탄 조각의 공동입니다. 흑체 복사에는 모든 사람에게 친숙하지만 실제로는 매우 신비한 한 가지 특성이 있습니다. 석탄 조각이 점점 더 높은 온도로 가열됨에 따라 먼저 흐릿한 붉은 빛을 관찰한 다음 밝은 빨간색으로 색이 변합니다. 온도가 더 올라가면 색이 노란색으로 바뀌고 마지막으로 흰색으로 바뀝니다. 흰색은 그 자체로 색이 아니라 모든 원색의 조합의 시각적 효과입니다. 고온에서 흰색 광선이 관찰된다는 사실은 낮은 온도에서 관찰된 색에 파란색이 추가되었음을 의미합니다. 온도에 따른 이러한 색상 변화는 에너지(또는 온도)가 증가함에 따라 완전히 다른 것이 아니라 동일한 것이 더 많을 것으로 예상하기 때문에 신비합니다. 예를 들어, 라디오 앰프의 출력을 높이면 음악이 더 크게 들리지만 더 높은 음조에서는 들리지 않습니다.

브리태니커 퀴즈

Matter and More 퀴즈

서로 다른 온도에서 가열된 물체에서 나오는 전자기 복사의 색상 또는 주파수 분포의 변화는 수세기 동안 수수께끼로 남아 있었습니다. 독일의 물리학자 막스 플랑크(Max Planck)가 이 수수께끼를 풀면서 20세기 초 근대 물리학의 시대가 열렸습니다. 그는 가열된 물체의 작은 안테나가 양자화되어 있으며, 이는 hν 크기의 유한 에너지 양자에서만 전자기 방사선을 방출할 수 있음을 의미한다고 제안하여 현상을 설명했습니다. 보편적 상수 h는 플랑크의 상수라고 불립니다. 청색광의 경우 hν = 3eV인 반면 적색광의 경우 h ν = 1.8eV입니다. 고체에서 진동하는 전하를 띤 고주파 안테나는 저주파 안테나보다 더 큰 에너지 양자 hν를 방출해야 하기 때문에 온도 또는 열 원자 운동이 충분히 높아질 때만 그렇게 할 수 있습니다. 따라서 흑체 전자기 복사의 평균 피치 또는 피크 주파수는 온도에 따라 증가합니다.

엑스선관

X선관. 전자는 필라멘트가 전류에 의해 가열될 때 음극에서 "끓습니다". 음극과 양극 사이의 높은 전압으로 인해 전자가 양극 쪽으로 가속되어 대상의 과열을 방지하기 위해 회전합니다. 전자가 양극의 대상 영역에 부딪히면 X선이 방출됩니다.(자세히)

가열된 물질 덩어리 속에 있는 많은 작은 안테나들은, 위에서 언급한 바와 같이, 물질의 원자의 열 운동에서 가속 및 감속하는 전하로 식별되어야 한다. 열과 관련이 없지만 여전히 가속 또는 감속 된 전하에서 발생하는 전자기 복사의 연속 스펙트럼의 다른 소스가 있습니다. 예를 들어, X선은 빠르게 움직이는 전자를 갑자기 멈춰서 생성됩니다. 이러한 전하의 감속은 bremsstrahlung ( "제동 방사선")을 생성합니다. X 선관에서 E최대 = 10,000-50,000 eV (10-50 keV)의 에너지로 움직이는 전자는 금속 조각에 부딪히게 됩니다. 이러한 전자의 갑작스런 감속에 의해 생성되는 전자기 복사는 최대 광자 에너지 hν = Emax까지 확장되는 연속 스펙트럼입니다.

지금까지 전자기 방사선의 가장 밝은 연속체 스펙트럼은 싱크로트론 방사선 소스에서 나옵니다. 이들은 주로 연구용으로, 때로는 상업 및 의료 응용 분야에 사용되기 때문에 잘 알려져 있지 않습니다. 운동의 모든 변화는 가속도이기 때문에 전자의 순환 전류는 전자기 복사를 생성합니다. 이러한 순환 전자가 상대론적 속도(즉, 빛의 속도에 근접)로 움직일 때 복사의 밝기는 엄청나게 증가합니다. 이 방사선은 1947 년 제너럴 일렉트릭 컴퍼니(General Electric Company)에서 강력한 자기장을 사용하여 상대론적 전자를 원형 궤도로 밀어내는 입자 가속기의 일종인 전자 싱크로트론(이 방사선의 이름)에서 처음 관찰되었습니다. 싱크로트론 방사선의 강도는 다른 자기장을 통해 상대론적 전자 빔을 이리저리 이동시키는 흔들림과 물결 모양에 의해 1,000배 이상 증가합니다.

브렘스트랄룽(bremsstrahlung)과 싱크로트론 방사선을 생성하기 위한 조건은 자연에 다양한 형태로 존재합니다. 별, 블랙홀 또는 은하의 중력장에 의한 하전 입자의 가속 및 포획은 에너지 우주 X선의 원천입니다. 감마선은 다른 종류의 우주 물체, 즉 초신성, 중성자별, 퀘이사에서 생성됩니다.

이산 주파수 소스 및 전자기 방사선의 흡수기

이것들은 일상 생활에서 흔히 접할 수 있습니다. 불산 주파수 전자기 복사의 친숙한 예로는 광고 간판의 특징인 다양한 형광 가스로 채워진 램프의 독특한 색상, 염료 및 안료의 색상, 나트륨 램프의 밝은 노란색, 수은 램프의 청록색 색조 및 레이저의 특정 색상이 있습니다.

Balmer 수소 라인 시리즈

원자 수소의 Balmer 시리즈. 이 선은 수소 원자의 전자가 n = 3 이상의 궤도에서 n = 2 궤도로 전이될 때 방출됩니다. 이 선의 파장은 1/λ = RH(1/4 − 1/n2)로 주어지며, 여기서 λ는 파장, RH는 리드버그 상수, n은 원래 궤도의 레벨입니다.(자세히)

특정 주파수의 전자기 방사선 소스는 일반적으로 원자 또는 분자입니다. 모든 원자 또는 분자는 양자 상태라고 하는 특정 개별 내부 에너지를 가질 수 있습니다. 따라서 원자 또는 분자는 불연속적인 양에 의해서만 내부 에너지를 변경할 수 있습니다. 더 높은 에너지 상태에서 더 낮은 에너지 상태로 이동함으로써 전자기 복사의 양자 hν는 정확히 더 높은 상태와 더 낮은 상태 사이의 에너지 차이인 크기로 방출됩니다. 양자 hν의 흡수는 hν가 에너지 차이와 일치하면 원자를 더 낮은 상태에서 더 높은 상태로 가져옵니다. 원자와 같은 모든 것은 동일하지만 주기율표의 각 화학 원소는 가능한 내부 에너지의 고유한 집합을 가지고 있습니다. 따라서 원자 또는 분자에 의해 방출되거나 흡수되는 특성 및 개별 전자기 방사선을 측정함으로써 어떤 종류의 원자 또는 분자가 방사선을 방출하거나 흡수하는지 확인할 수 있습니다. 이것은 물질의 화학적 조성을 결정하는 수단을 제공합니다. 멀리 있는 별의 한 조각을 기존의 화학 분석의 대상으로 할 수 없기 때문에, 별빛의 방출 또는 흡수를 연구하는 것이 별이나 성간 가스 및 먼지의 구성을 결정하는 유일한 방법입니다.

예를 들어, 태양은 뜨거운 표면에서 발생하는 연속적인 방사선 스펙트럼을 방출할 뿐만 아니라 원자 구성의 특징인 이산 방사선 양자 hν도 방출합니다. 많은 원소가 태양 표면에서 감지 될 수 있지만 가장 풍부한 것은 헬륨입니다. 헬륨은 태양의 기본 에너지원인 핵융합 반응의 최종 산물이기 때문입니다. 이 특정 원소는 헬륨("태양"을 의미하는 그리스어 helios에서 유래)으로 명명되었는데, 그 이유는 태양 스펙트럼에서 특징적인 흡수 에너지에 의해 그 존재가 처음 발견되었기 때문입니다. 태양 대기의 더 차가운 외부 부분의 헬륨은 태양의 더 낮고 더 뜨거운 지역으로부터 특징적인 광 주파수를 흡수합니다.

원자와 분자에 의한 전자기 복사의 방출 및 흡수로 발견되는 특성 및 이산 에너지 hν는 X선 에너지까지 확장됩니다. 고에너지 전자가 X선관의 금속 조각에 부딪히면 전자는 원자의 내부 에너지 껍질에서 녹아웃됩니다. 이러한 빈 공간은 두 번째 또는 세 번째 껍질의 전자로 채워집니다. 이 과정에서 방출되는 것은 껍질의 에너지 차이에 해당하는 hν 값을 갖는 X선입니다. 따라서 위에서 논의한 bremsstrahlung의 연속 스펙트럼뿐만 아니라 X선관의 에너지 전자에 의해 부딪힌 금속의 특정 원소 조성의 특징인 이산 에너지 hν의 X선 방출도 관찰할 수 있습니다.

액체 상태의 물에 대한 흡수 계수

그림 3: 주파수의 함수로 나타낸 액체 상태의 물에 대한 흡수 계수.(자세히)

모든 물질에 의해 방출되거나 흡수되는 불연속적인 전자기 복사 에너지 hν는 모든 물질의 내부 에너지의 불연속성을 반영합니다. 이것은 창문 유리와 물이 가시광선에 투명하다는 것을 의미합니다. 그들은 이러한 가시광선 양자를 흡수할 수 없는데, 그 이유는 그들의 내부 에너지가 더 높은 내부 상태와 더 낮은 내부 상태 사이의 에너지 차이가 가시광선의 에너지 hν와 일치하지 않기 때문입니다. 그림 3은 전자기 복사의 주파수 ν에 대한 함수로 물의 흡수 계수를 예로 보여줍니다. 주파수 눈금 위에는 광자 에너지 hν 및 파장 λ의 해당 눈금이 제공됩니다. 흡수 계수 α = 10−4cm−1은 전자기 복사의 강도가 100미터의 물을 통과한 후 원래 값의 1/3에 불과하다는 것을 의미합니다. α = 1cm−1일 때 강도를 원래 값의 1/3로 줄이는 데 1cm 두께의 층만 필요하며, α = 103cm의 경우 얇은 종이 한 장 두께의 물 층은 전자기 복사를 그만큼 감쇠시키기에 충분합니다. 수직 점선으로 표시된 가시광선에 대한 물의 투명성은 지구상의 생명체에게 중요한 놀라운 특징입니다.

모든 것은 전자기 복사와의 상호 작용을 결정하는 서로 다른 내부 이산 에너지 세트 때문에 매우 다르게 보이고 다른 색상을 가지고 있습니다. '보기'와 '색깔'이라는 단어는 전자기 방사선의 인간 탐지기인 눈과 관련이 있습니다. 모든 주파수의 전자기 복사를 감지하는 데 사용할 수 있는 기기가 있기 때문에 서로 다른 재료가 고유한 개별 내부 에너지 세트를 가지고 있기 때문에 스펙트럼의 다른 에너지에서 사물이 다르게 "보인다"고 상상할 수 있습니다. 원자의 핵조차도 다른 기본 입자의 복합체이므로 많은 불연속적인 내부 에너지 상태로 여기될 수 있습니다. 핵 에너지는 원자력 에너지보다 훨씬 크기 때문에 내부 에너지 상태 간의 에너지 차이는 상당히 크며, 핵이 에너지를 변화시킬 때 방출되거나 흡수되는 해당 전자기 방사선 양자 hν는 X선의 에너지보다 훨씬 큽니다. 원자핵에 의해 방출되거나 흡수되는 이러한 양자를 감마선이라고 합니다(위 참조: 전자기 스펙트럼).

속성과 동작산란, 반사 및 굴절

하전 입자가 전자기파와 상호 작용하면 전기장의 강도에 비례하는 힘을 경험하므로 전기장 파의 주파수에 따라 운동을 변경하게 됩니다. 그렇게 하면 이전 섹션에서 설명한 것처럼 동일한 주파수의 전자기 복사원이 됩니다. 하전 입자를 가속하고 이 2차 방사선을 방출하는 작업을 위한 에너지는 1차 파동에서 나오고 1차 방사선에 의해 손실됩니다. 이 과정을 산란이라고 합니다.

전자기 복사의 에너지 밀도는 전기장 강도의 제곱에 비례하고 전계 강도는 전하의 가속도에 의해 발생하기 때문에 이러한 전하 발진기에 의해 방사되는 에너지는 가속도의 제곱에 따라 증가합니다. 반면에 발진기의 가속도는 앞뒤로 진동하는 주파수에 따라 달라집니다. 가속도는 주파수의 제곱에 따라 증가합니다. 이것은 발진기에 의해 방사되는 전자기 에너지가 매우 빠르게 증가한다는 중요한 결과로 이어집니다 (즉, 사각형의 제곱 또는 말했듯이 주파수의 4 제곱). 따라서 주파수를 두 배로 늘리면 복사 에너지가 16배 증가합니다.

레일리 산란

바다 위로 보이는 레일리 산란.

전자기 복사의 빈도에 따른 산란의 급격한 증가는 맑은 날에도 볼 수 있습니다 : 이것이 하늘이 파랗고 석양이 붉은 이유입니다. 태양에서 나오는 고주파 청색광은 저주파 적색광보다 지구 대기의 원자와 분자에 의해 훨씬 더 많이 산란됩니다. 따라서 두꺼운 대기층을 통과하는 석양의 빛은 노란색이나 청색광보다 훨씬 더 많은 적색광을 가지고 있는 반면, 하늘에서 산란되는 빛은 황색이나 적색광보다 훨씬 더 많은 청색광을 함유하고 있습니다.

전하 발진기에 의해 전자기파의 일부를 산란시키거나 재방사하는 과정은 전자기 복사와 고체, 액체 또는 매우 많은 수의 전하를 포함하여 엄청난 수의 전하 발진기를 포함하는 물질과 상호 작용을 이해하는 데 필수적입니다. 이것은 또한 특정 주파수의 전하 발진기를 가진 물질이 해당 주파수의 방사선을 흡수하고 방출하는 이유를 설명합니다.

굴절의 법칙

굴절의 법칙 또는 스넬의 법칙은 광선이 한 매체에서 다른 매체로 이동할 때 구부러지거나 굴절되는 각도를 예측합니다.(자세히)

Britannica 프랜차이즈

빛은 어떻게 입자이자 파동입니까?

전자기 복사가 유리 조각이나 금속 조각 또는 벽돌 벽과 같이 개별적으로 작은 전하 발진기의 큰 집합에 떨어지면 이러한 모든 발진기는 전파의 박동을 따라 일제히 진동을 수행합니다. 결과적으로 모든 발진기는 일제히(또는 일관성 있게) 2차 방사선을 방출하고 고체에서 나오는 총 2차 방사선은 이러한 모든 2차 간섭성 전자기파의 합으로 구성됩니다. 이 합계는 고체의 표면에서 반사되는 방사선과 표면의 법선(즉, 표면에 수직인 선)에 대해 특정 각도로 고체로 들어가는 방사선을 생성합니다. 후자는 고체를 통과하는 과정에서 감쇠(흡수)될 수 있는 굴절된 방사선입니다.

중첩 및 간섭

동일한 주파수의 두 전자기파가 공간 속에 중첩될 때, 공간과 시간의 어느 지점에서든지 결과적으로 생기는 전기장과 자기장의 세기는 두 파동의 각 자기장의 합이 된다. 합을 형성할 때 필드의 크기와 방향을 모두 고려해야 하며, 이는 벡터와 같이 합이 이루어진다는 것을 의미합니다. 두 개의 동등하게 강한 파동이 공간과 시간에서 같은 방향으로 자기장을 갖는 특별한 경우(즉, 위상에 있을 때), 결과 자기장은 각 개별 파동의 두 배입니다. 따라서 전계 강도의 제곱에 비례하는 결과 강도는 두 개의 중첩 파동 각각의 강도의 두 배가 아니라 네 배입니다.

대조적으로, 공간과 시간에서 한 방향(양수)으로 전기장을 갖는 파동과 공간과 시간에서 반대 방향(음수)으로 전기장을 갖는 동일한 주파수의 파동이 중첩되면 취소가 발생하고 결과적인 파동이 전혀 발생하지 않습니다(강도 0). 이러한 종류의 두 파동을 위상이 다른 것으로 간주합니다. 첫 번째 예는 개별 강도의 4배를 산출하는 동위상 중첩의 예로, 구조적 간섭이라고 하는 것을 구성합니다. 두 번째 예는 강도가 0이 되는 위상차(out-of-phase) 중첩의 예로, 파괴적인 간섭입니다. 어느 시점과 시간에서든 결과 필드는 해당 시점과 시간에 있는 모든 개별 필드의 합이기 때문에 이러한 인수는 중첩 파동의 수에 관계없이 쉽게 확장됩니다. 하나는 동일한 주파수와 주어진 위상 관계를 갖는 파동에 대해 건설적, 파괴적 또는 부분적 간섭을 찾습니다.

번식(Propagation)과 일관성(coherence)

일단 생성되면 전자기파는 시간에 따라 변하는 전기장이 시간에 따라 변하는 자기장을 생성하고 그 반대의 경우도 마찬가지이기 때문에 자체 전파됩니다. 예를 들어, 안테나의 진동 전류가 8 분 동안 켜지면 전자기 복사가 태양에 도달하는 데 8 분보다 몇 초가 더 걸리기 때문에 안테나가 꺼지는 순간 전자기 트레인의 시작이 태양에 도달합니다. 이 8분짜리 파동 열차는 태양과 지구의 거리만큼 길지만, 빛의 속도로 태양을 지나 그 너머의 우주로 계속 이동합니다.

여러 시간 동안 켜져 있는 안테나에 의해 전송되는 전파를 제외하고 대부분의 전자기파는 여러 개의 작은 조각으로 나타납니다. 웨이브 트레인의 길이와 지속 시간은 각각 일관성 길이(coherence length)와 일관성 시간(coherence time)이라고 합니다. 태양이나 전구에서 나오는 빛은 약 100만분의 1초 동안 지속되고 약 1cm의 일관성 있는 길이를 가지며 여러 개의 작은 폭발로 나타납니다. 원자가 내부 에너지를 변화시킬 때 방출되는 불연속 복사 에너지는 방사 원자가 충돌에 의해 방해받지 않는 한 몇 백 배 더 긴 일관성 길이(1-10미터)를 가질 수 있습니다.

마이컬슨 간섭계

그림 4: Michelson 간섭계.

전기장과 자기장이 최대값을 갖거나 방향의 반전 사이에 0이 되는 시간과 공간은 파동열차마다 다릅니다. 따라서 간섭 현상 은 파동 열차의 일부가 자신과 중첩되어야만 발생할 수 있음이 분명합니다. 예를 들어, 이것은 강도의 절반을 반사하고 주어진 광원의 각 십억 십억 파장 트레인의 나머지 절반을 투과시키는 반투명 거울을 사용하여 달성 할 수 있습니다 (예 : 노란색 나트륨 방전 램프). 그림 4와 같이 이러한 절반 빔 중 하나가 A 방향으로 이동하고 다른 하나는 B 방향으로 이동하도록 할 수 있습니다. 각 하프 빔을 다시 반사함으로써 두 개의 하프 빔을 중첩하고 결과 합계를 관찰할 수 있습니다. 하나의 하프 빔이 경로를 이동해야 하는 경우 1/2 wavelength 또는 3/2 또는 5/2 파장이 다른 파장보다 길면 중첩은 두 개의 반파 빔에 있는 모든 반파 열차의 전기장과 자기장이 반대 방향을 가리키고 따라서 그 합이 0이기 때문에 전혀 빛을 생성하지 않습니다. 중요한 점은 각 반파 열차와 그 짝 사이에서 취소가 발생한다는 것입니다. 이것은 파괴적인 간섭의 예입니다. 경로 길이 A와 B가 λ, 2λ, 3λ 등만큼 같거나 다르도록 조정하면 각 반파 열차와 그 짝의 전기장과 자기장이 중첩될 때 추가됩니다. 이것은 건설적인 간섭이며, 그 결과 강한 빛을 보게 됩니다.

위에서 논의하고 그림 4에 표시된 간섭계는 1880년 미국 물리학자 Albert A. Michelson이 베를린에서 Hermann von Helmholtz와 함께 공부하는 동안 빛이 통과하는 것으로 믿어지는 에테르의 운동이 빛의 속도에 미치는 영향을 측정하기 위해 설계했습니다(아래 전자기파와 장 개념 참조).

전자기 복사 의 속도와 도플러 효과

전자기 복사(또는 현대 용어로 광자 hν)는 항상 보편적인 속도 c, 즉 빛의 속도로 자유 공간을 이동합니다. 이것은 사실 매우 당혹스러운 상황인데, 1887년 마이컬슨과 또 다른 미국 과학자 에드워드 윌리엄스 몰리에 의해 처음으로 실험적으로 확인되었다. 알버트 아인슈타인(Albert Einstein)의 상대성 이론의 기본 공리입니다. 그것이 사실이라는 것은 의심의 여지가 없지만, 상황은 일반 입자의 행동과 너무 다르기 때문에 수수께끼입니다. 정상적인 입자(예: 비행기)의 뒤를 쫓거나 반대 방향에서 그것을 향해 이동할 때, 분명히 자신에 대한 비행기의 속도는 매우 다르게 측정될 것입니다. 첫 번째 경우에는 매우 낮은 상대 속도를 감지하고 두 번째 경우에는 매우 높은 상대 속도를 감지합니다. 더욱이, 비행기에서 앞으로 쏜 총알과 뒤쪽을 향해 쏜 총알은 자신에 비해 다른 속도로 움직이는 것처럼 보일 것입니다. 이것은 전자기 복사의 속도를 측정 할 때 전혀 사실이 아닙니다 : 자신의 움직임이나 전자기 복사의 근원에 관계없이, 움직이는 관찰자에 의한 모든 측정은 보편적 인 빛의 속도를 초래할 것입니다. 이것은 자연의 사실로 받아들여져야 한다.

도플러 시프트

소스가 관찰자를 향해 이동하거나 관찰자로부터 멀어질 때 피치 또는 주파수는 어떻게 됩니까? 음파로부터 음원이 관찰자를 향해 이동할 때 주파수가 더 높고 관찰자로부터 멀어질 때 주파수가 낮아진다는 것이 확인되었습니다. 이것은 1842년에 이 현상을 처음 설명한 오스트리아 물리학자 크리스티안 도플러의 이름을 딴 도플러 효과입니다. 도플러는 이 효과가 전자기복사에서도 발생한다고 예측하고 별의 상대적 속도를 측정하는 데 사용할 것을 제안했다. 이것은 예를 들어, 들뜬 헬륨 원자가 더 높은 내부 에너지 상태에서 더 낮은 내부 에너지 상태로 변화할 때 방출되는 특징적인 청색광이 지구 에서 매우 빠르게 멀어지는 헬륨 원자에서 나오는 이 빛을 볼 때 더 이상 파란색으로 나타나지 않는 이유를 설명합니다. 그러한 은하가 지구에서 멀어지는 속도가 빠르면 빛이 노랗게 보일 수 있습니다. 속도가 더 높으면 빨간색이나 적외선으로 나타날 수 있습니다. 따라서 지구에 대한 별의 상대적인 속도뿐만 아니라 은하의 속도는 특징적인 원자 방사선 에너지 hν의 도플러 이동으로 측정됩니다.

우주 배경 전자기 방사선

Wilkinson 마이크로파 비등방성 프로브

윌킨슨 마이크로파 비등방성 탐사선(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP)에 의해 생성된 전체 하늘 지도는 130억 십억 년 전 유아 우주에서 방출된 매우 균일한 마이크로파 광선인 우주 배경 복사를 보여줍니다. 색깔의 차이는 방사선의 강도의 미세한 변동을 나타내는데, 이는 초기 우주에서 물질의 밀도가 미세하게 변한 결과이다. 급팽창 이론에 따르면, 이러한 불규칙성들이 은하가 된 "씨앗"이었다. WMAP의 데이터는 빅뱅과 급팽창 모델을 지지하며, 우주 마이크로파 배경은 관측 가능한 우주의 가장 먼 한계에 있다.(자세히)

특징적인 방사선 방출의 도플러 이동(Doppler shift)을 사용하여 은하의 상대적 속도를 측정하면, 모든 은하가 서로 멀어지고 있음을 발견하게 된다. 가장 빠르게 움직이는 시스템은 가장 멀리 있는 시스템입니다(허블의 법칙). 속도와 거리는 폭발의 모양을 제공합니다. 빅뱅(big bang)이라고 불리는 이 폭발은 우주의 나이로 간주되는 138억 십억 년 전에 발생한 것으로 계산되고 있다. 이 초기 단계 이후로, 우주는 팽창하고 냉각되었다. 미국 과학자 로버트 W. 윌슨(Robert W. Wilson)과 아르노 펜지아스(Arno Penzias)는 1965년에 우주 전체가 전자기파로 가득 찬 팽창하는 흑체로 생각할 수 있다고 결정했으며, 이 흑체는 현재 절대 영도보다 몇 도 높은 2.735K의 온도에 해당합니다. 이 낮은 온도 때문에 대부분의 복사 에너지는 전자기 스펙트럼의 마이크로파 영역에 있습니다. 이 방사선의 강도는 평균적으로 우주의 모든 입방 센티미터에 있는 약 400개의 광자에 해당합니다. 우주에는 전자, 핵 및 기타 모든 것을 합친 것보다 약 십억 배 더 많은 광자가 있는 것으로 추산되었습니다. 이 마이크로파 우주배경복사(micro cosmic background radiation)의 존재는 빅뱅 우주론의 예측을 지지한다.

중력의 영향

전자기 복사 양자의 에너지는 크기 m = hν / c2 의 질량과 마찬가지로 중력의 영향을받습니다. 이것은 에너지 E와 질량 m의 관계가 E = mc2 이기 때문입니다. 그 결과, 지구를 향해 이동하는 빛은 에너지를 얻고 주파수는 파란색(짧은 파장)으로 이동하는 반면, "위로" 이동하는 빛은 에너지를 잃고 주파수는 빨간색(긴 파장)으로 이동합니다. 이러한 변화는 매우 작지만 미국의 물리학자 로버트 V. 파운드(Robert V. Pound)와 글렌 A. 레브카(Glen A. Rebka)에 의해 발견되었다.

빛에 대한 중력의 영향은 중력의 강도에 따라 증가합니다. 따라서 먼 별에서 오는 광선은 태양과 같은 별을 지나갈 때 직선을 따라 이동하지 않고 태양쪽으로 굴절됩니다. 이 편향은 매우 무거운 우주 물체 주변에서 강할 수 있으며, 중력 렌즈 역할을 하는 빛의 경로를 왜곡합니다.

극한 조건에서 우주 물체의 중력은 너무 강하여 전자기 복사가 중력을 벗어날 수 없습니다. 따라서 블랙홀이라고 하는 이러한 물체는 눈에 보이지 않으며, 그 존재는 근처에 있는 다른 눈에 보이는 물체에 대한 중력 효과에 의해서만 감지될 수 있습니다. (자세한 내용은 천문학을 참조하십시오.)

대기의 온실 효과

지구 표면 환경의 온도는 태양의 전자기 복사뿐만 아니라 지구 대기에 의해 민감한 방식으로 제어됩니다. 앞서 언급했듯이 각 물질은 일부 에너지 hν의 전자기 복사를 흡수하고 방출하며 다른 에너지 범위에서는 그렇게 하지 않습니다. 이러한 투명도와 불투명의 영역은 물질의 내부 에너지의 특정 분포에 의해 지배됩니다.

지구에 대한 온실 효과

지구에 대한 온실 효과. 들어오는 햇빛 중 일부는 지구의 대기와 표면에 의해 반사되지만 대부분은 따뜻해진 표면에 흡수됩니다. 그런 다음 표면에서 적외선(IR) 방사선이 방출됩니다. 일부 적외선 방사선은 우주로 빠져나가지만 일부는 대기의 온실 가스(특히 수증기, 이산화탄소, 메탄)에 흡수되어 모든 방향으로 재방사되며, 일부는 우주로, 일부는 다시 표면으로 방출되어 표면과 하부 대기를 더욱 따뜻하게 합니다.(자세히)

지구의 대기는 온실의 유리판과 매우 흡사하게 작용한다: 그것은 햇빛, 특히 그것의 가시 범위가 지구에 도달하고 따뜻하게 할 수 있게 해주지만, 가열된 지구 표면에 의해 방출되는 적외선이 우주로 빠져나가는 것을 크게 억제한다. 대기는 지구 고도가 높아짐에 따라 점점 더 얇아지기 때문에 대기의 고지대에서는 대기 흡수가 적습니다. 고도 100km(62마일)에서 대기의 비율은 지상의 1,000만 분의 1입니다. 1,000만 백만헤르츠(10,7Hz) 미만에서는 대기의 원자와 분자가 태양의 자외선에 의해 이온화되는 층인 전리층에 의해 흡수가 발생합니다. 적외선 영역에서 흡수는 분자 진동과 회전에 의해 발생합니다. 자외선 및 X선 영역에서 흡수는 원자와 분자의 전자 여기(electronic excitation)에 의해 발생합니다.

특정 산업 오염 물질과 함께 대기에서 적외선을 흡수하는 주요 종인 수증기와 이산화탄소(CO2)가 없다면 지구는 달에서 발생하는 밤과 낮 사이의 극심한 온도 변화를 경험할 것입니다. 그러면 지구는 화성처럼 평균 온도가 200K(-73°C 또는 -100°F)인 얼어붙은 행성이 되어 생명을 유지할 수 없게 될 것입니다. 과학자들은 이산화탄소 및 기타 기체 오염 물질의 방출 및 축적 증가에 의해 대기의 구성이 변경됨에 따라 일반적으로 지구의 온도와 기후가 영향을 받을 것이라고 믿습니다(자세한 논의는 기후; 수권; 및 지구 온난화).

전자기 방사선의 형태

전자기 방사선은 다양한 형태와 징후로 나타납니다. 그러나 이러한 다양한 현상은 단순한 물리적 원리에 따라 자연의 단일 측면을 구성하는 것으로 이해됩니다. 모든 형태에 공통적인 것은 전자기 방사선이 전하와 상호 작용하고 전하에 의해 생성된다는 사실입니다. 현상의 명백한 차이는 어떤 환경과 어떤 상황에서 전하가 방사선의 주파수 ν의 시간 척도에 반응할 수 있는지에 대한 질문에서 발생합니다.

더 작은 주파수 ν (1012 헤르츠보다 작음)에서 전하는 일반적으로 안테나의 금속 구성 요소에서 자유롭게 움직이는 전자 또는 전파, 레이더 파 및 마이크로파와 관련된 현상을 일으키는 공간의 자유 전자 및 이온입니다. 더 높은 주파수 (1012에서 5 ×10 14 헤르츠)에서 스펙트럼의 적외선 영역에서 움직이는 전하는 주로 분자의 회전 및 진동 및 물질에 결합 된 원자의 운동과 관련이 있습니다. X선에 대한 가시 범위의 전자기 방사선은 원자 내의 전하에 해당하는 주파수를 갖는 반면 감마선은 원자핵 내의 전하 주파수와 관련이 있습니다. 스펙트럼의 다른 영역에서 발생하는 전자기 복사의 특성이 이 섹션에 설명되어 있습니다.

전파

전자기 스펙트럼

전자기 스펙트럼.

전파는 소리 메시지 또는 정보의 무선 전송, 통신, 해상 및 항공기 항행에 사용됩니다. 이 정보는 진폭 변조 (AM) 또는 주파수 변조 (FM) 또는 디지털 형태 (펄스 변조)로 전자기 반송파에 부과됩니다. 따라서 전송에는 단일 주파수 전자기파가 아니라 폭이 정보 밀도에 비례하는 주파수 대역이 포함됩니다. 너비는 전화기의 경우 약 10,000Hz, 고음질 사운드의 경우 20,000Hz, 고화질 TV의 경우 5메가헤르츠(MHz = 1백만헤르츠)입니다. 이 폭과 주파수가 감소하는 전자기파 생성의 효율성 감소는 10,000Hz에 가까운 전파에 대한 더 낮은 주파수 제한을 설정합니다.

전자기파는 자유 공간에서 직선으로 이동하기 때문에 19세기 후반 과학자들은 이탈리아의 물리학자이자 발명가 인 굴리엘모 마르코니가 장거리 무선 통신을 개발하려는 노력에 의문을 제기했습니다. 지구의 곡률은 100미터(330피트) 타워 꼭대기에서 가시선 거리를 약 30km(19마일)로 제한합니다. 2,000km(1,200마일) 이상 메시지를 전송하는 Marconi의 예상치 못한 성공으로 전리층으로 더 잘 알려진 Kennelly-Heaviside 층이 발견되었습니다. 이 지역은 지구 표면에서 약 100km(60마일)에서 시작하여 약 300km(190마일) 두께의 층으로, 대기는 태양의 자외선에 의해 부분적으로 이온화되어 전파에 영향을 미치기에 충분한 전자와 이온을 생성합니다. 태양의 개입으로 인해 성층 전리층의 높이, 너비 및 이온화 정도는 낮과 밤, 여름에서 겨울까지 다양합니다.

전리층 반사

그림 5: 전리층에 의해 반사된 하늘파와 지상파를 통해 시야 너머로 도달하는 전파 전송(텍스트 참조).(자세히)

특정 방향의 안테나에 의해 전송되는 전파는 그림 5와 같이 전리층에 의해 구부러지거나 심지어 지구로 반사됩니다. 그들은 지구에서 튕겨 나와 전리층에 의해 반복적으로 반사되어 전 세계에 전파 전송을 가능하게 할 수 있습니다. 장거리 통신은 소위 지상파에 의해 더욱 촉진됩니다. 이러한 형태의 전자기파는 파동이 지구 표면과 상호 작용한 결과로 지구 표면, 특히 물 위를 밀접하게 따릅니다. 지상파의 범위(최대 1,600km[1,000마일])와 전리층에 의한 하늘파의 굽힘 및 반사는 파도의 주파수에 따라 다릅니다. 정상적인 전리층 조건에서 40MHz는 전리층에서 반사될 수 있는 가장 높은 주파수의 전파입니다. 전송된 신호의 넓은 대역 폭을 수용하기 위해 텔레비전 주파수는 반드시 40MHz보다 높아야 합니다. 따라서 텔레비전 송신기는 높은 타워나 언덕 꼭대기에 배치해야 합니다.

전파가 송신 안테나에서 수신 안테나로 이동할 때 건물 및 기타 큰 장애물의 반사에 의해 방해를 받을 수 있습니다. 교란은 파동의 여러 반사 된 부분이 수신 안테나에 도달하여 파동의 수신을 방해 할 때 발생합니다. 전파는 나무, 벽돌, 콘크리트와 같은 비전도성 물질을 상당히 잘 관통할 수 있습니다. 물이나 금속과 같은 전기 전도체를 통과할 수 없습니다. ν = 40MHz 이상에서는 심우주의 전파가 지구 대기를 통과할 수 있습니다. 이를 통해 지상 망원경으로 전파 천문학 관측을 할 수 있습니다.

에너지 손실과 방해를 최소화하면서 한 위치에서 다른 위치로 전자기 에너지를 전송해야 할 때마다 파동은 전선, 동축 케이블 및 마이크로파 영역에서는 도파관을 통해 제한된 영역으로 제한됩니다. 무유도 또는 무선 전송은 라디오 및 텔레비전 통신의 경우와 같이 수신기의 위치가 지정되지 않거나 너무 많을 때 자연스럽게 선호됩니다. 케이블 TV는 이름에서 알 수 있듯이 예외입니다. 이 경우 전자기 방사선은 동축 케이블 시스템에 의해 커뮤니티 안테나 또는 방송국에서 직접 사용자에게 전송됩니다. 이 유도 전송의 방해로부터의 차폐는 고품질 신호를 제공합니다.

고주파 전류를 전달하는 동축 케이블의 단면

그림 6: 전기장 라인 E(단선)와 자기장 라인 B(점선)는 전자기파 전파에 대해 상호 수직 및 수직이며, 이는 관찰자를 향합니다.(자세히)

그림 6은 동축 케이블에 의해 유도되는 전자기파의 전기장 E(실선)와 자기장 B(점선)를 보여줍니다. 내부 도체와 외부 도체 사이에는 전위차가 있으므로 전기장 라인 E는 한 도체에서 다른 도체로 확장되며 여기에 단면으로 표시됩니다. 도체는 자기장 라인 B를 생성하는 반대 전류를 전달합니다. 전기장과 자기장은 그림 2에 표시된 전자기파의 특성과 같이 서로 수직이고 전파 방향에 수직입니다. 모든 단면에서 view, E 및 B 필드 라인의 방향은 방사선의 주파수 ν에 따라 반대 방향으로 변경됩니다. 이러한 필드의 방향 반전은 도체를 따라 전파 방향을 변경하지 않습니다. 전파 속도는 도체 사이의 영역이 공기 또는 여유 공간으로 구성된 경우 다시 보편적인 빛의 속도입니다.

자기 공명 영상(MRI)은 전파와 강한 자기장의 조합을 사용하여 명백한 유해한 영향 없이 인체와 뇌 부분의 진단 사진을 생성합니다. 따라서 이 이미징 기술은 의학에서 점점 더 광범위하게 적용되고 있습니다(방사선 참조).

초저주파(ELF)는 잠수함의 통신 시스템에 관심이 있습니다. 저주파에서 전자기 복사의 해수에 의한 상대적으로 약한 흡수와 지구와 전리층에 의해 형성된 자연 공동의 두드러진 공명의 존재는 5Hz에서 100Hz 사이의 범위를 이 응용 분야에 매력적으로 만듭니다.

전자 레인지

마이크로파 영역은 1,000에서 300,000MHz(또는 30cm에서 1mm 파장)까지 확장됩니다. 마이크로파는 1886년 Hertz에 의해 처음 생산되고 연구되었지만, 실제 적용은 클라이스트론과 마그네트론과 같은 적절한 발전기의 발명을 기다려야 했습니다.

마이크로파는 지구상의 기지 간, 지상 기지국, 위성 및 우주 탐사선 간의 고속 데이터 전송의 주요 캐리어입니다. 지구 상공 약 36,000km 상공의 동기 위성 시스템은 텔레비전 및 전화와 같은 모든 종류의 통신의 국제 광대역에 사용됩니다.

마이크로파 송신기와 수신기는 포물선 접시 안테나입니다. 그들은 확산 각도가 접시의 직경에 대한 구성 파동의 파장의 비율에 비례하는 마이크로파 빔을 생성합니다. 따라서 빔은 서치라이트처럼 방향을 잡을 수 있습니다. 레이더 빔은 마이크로파의 짧은 펄스로 구성됩니다. 비행기나 선박의 거리는 이러한 펄스가 물체로 이동하고 반사 후 레이더 접시 안테나로 돌아가는 데 걸리는 시간을 측정하여 결정할 수 있습니다. 또한, 도플러 효과(위의 전자기 복사 속도 및 도플러 효과 참조)에 의해 발생하는 반사파 펄스의 주파수 변화를 활용하여 물체의 속도를 측정할 수 있습니다. 따라서 마이크로파 레이더는 비행기와 선박을 안내하고 과속 운전자를 감지하는 데 널리 사용됩니다. 마이크로파는 연기 구름을 통과할 수 있지만 물방울에 의해 산란되기 때문에 기상 교란을 매핑하고 일기 예보에 사용됩니다.

전자레인지는 어떻게 작동하나요?

전자레인지와 전자레인지의 작동 방식에 대해 알아보세요.

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전자레인지는 음식을 가열하고 조리하는 데 점점 더 광범위한 역할을 합니다. 그들은 식품(예: 육류 조직)의 물과 지방에 흡수되고 내부에서 열을 생성합니다. 대부분의 경우 이렇게 하면 조리 시간이 100배 단축됩니다. 반면에 유리 및 세라믹과 같은 건조한 물체는 공정에서 가열되지 않으며 금속 호일은 전혀 침투하지 않습니다.

마이크로파의 가열 효과는 조직의 온도가 43°C(109°F)를 초과할 때 생체 조직을 파괴합니다. 따라서 신체 표면의 평방 센티미터당 20밀리와트를 초과하는 강렬한 마이크로파에 노출되는 것은 해롭습니다. 인간 눈의 수정체는 특히 3000MHz 주파수의 파동의 영향을 받으며 반복적이고 장기간 노출되면 백내장이 발생할 수 있습니다. 생체 조직에서 열을 생성하는 데 필요한 10-20 밀리 와트 당 10-20 밀리 와트보다 훨씬 적은 전력 (평방 센티미터 당 마이크로 와트)의 전파 및 마이크로파는 이러한 파동이 5-100 헤르츠 사이의 저주파에서 변조되거나 펄스되면 뇌의 전기 화학적 균형 과 태아의 발달에 악영향을 미칠 수 있습니다. 이는 뇌파 주파수와 같은 크기입니다.

다양한 유형의 마이크로파 발생기 및 증폭기가 개발되었습니다. 진공관 장치인 클라이스트론(klystron)과 마그네트론(magnetron)은 특히 고출력 응용 분야에서 광범위하게 계속 사용되고 있습니다. Klystrons는 주로 무선 중계 시스템 및 유전체 가열의 증폭기로 사용되며 마그네트론은 레이더 시스템 및 전자 레인지에 채택되었습니다. (이러한 장치에 대한 자세한 내용은 전자관을 참조하십시오.) 솔리드 스테이트 기술은 마이크로파를 생산, 증폭, 감지 및 제어할 수 있는 여러 장치를 생산했습니다. 이 중 주목할만한 것은 Gunn 다이오드와 터널(또는 Esaki) 다이오드입니다. 또 다른 유형의 장치인 Maser("microwave amplification by stimulated emission of radiation"의 약자)는 전파 천문학, 마이크로파 복사 측정 및 장거리 통신과 같은 분야에서 유용한 것으로 입증되었습니다.

천문학자들은 일부 성간 구름에서 자연적으로 형성된 것으로 보이는 것을 발견했다. 성간 수소 (H2 ) 및 기타 특정 분자로부터의 전파 방사선의 관측은 maser 과정에 의한 증폭을 나타냅니다. 또한, 위에서 언급한 바와 같이, 마이크로파 우주배경복사(microwave cosmic background radiation)가 감지되었고, 많은 사람들에 의해 빅뱅 우주론 모델에 의해 가정된 원시 불덩어리의 잔해로 간주되고 있다.

적외선

가시 범위의 빨간색 끝을 넘어 레이더 파 및 마이크로파보다 높은 주파수에서는 1012 및 5 ×10 14 Hz (또는 0.1에서 7.5 × 10−5 cm의 파장) 사이의 주파수, 전자기 스펙트럼의 적외선 영역이 있습니다. 독일 태생의 영국 음악가이자 독학으로 천문학을 배운 윌리엄 허셜은 1800년에 온도계를 사용하여 유리 프리즘으로 분산된 햇빛을 관찰하여 이러한 형태의 방사선을 발견했습니다. 적외선은 화학적으로 결합 된 원자 또는 원자 그룹의 회전 및 진동에 의해 흡수 및 방출되므로 많은 종류의 물질에 의해 방출됩니다. 예를 들어, 가시광선에 투명한 창문 유리는 구성 원자의 진동에 의해 적외선을 흡수합니다. 적외선은 그림 3과 같이 물과 대기에 의해 강하게 흡수됩니다. 적외선은 눈에는 보이지 않지만 피부에 의해 따뜻함으로 감지 할 수 있습니다. 태양 복사 에너지의 거의 50%는 전자기 스펙트럼의 적외선 영역에서 방출되고 나머지는 주로 가시 영역에서 방출됩니다.

우리 은하의 중심

우리 은하의 중심 영역. 왼쪽 이미지는 가시광선이고 오른쪽 이미지는 적외선입니다. 두 이미지 사이의 현저한 차이는 적외선이 어떻게 은하의 먼지를 관통할 수 있는지를 보여준다. 적외선 이미지는 적외선으로 전체 하늘을 조사하는 2MASS(Two Micron All Sky Survey)의 일부입니다.(자세히)

가시광선을 산란시키는 대기 중 연무와 특정 오염 물질은 적외선 스펙트럼의 일부에 거의 투명한데, 이는 산란 효율이 주파수의 4제곱에 따라 증가하기 때문입니다. 공중에서 멀리 있는 물체의 적외선 촬영은 이 현상을 이용합니다. 같은 이유로, 적외선 천문학을 통해 연구자들은 적외선을 가시광선보다 훨씬 적게 산란시키는 성간 먼지의 큰 구름을 통해 우주 물체를 관찰할 수 있습니다. 그러나 대기 중의 수증기, 오존 및 이산화탄소가 적외선 스펙트럼의 많은 부분을 흡수하기 때문에 많은 적외선 천문 관측은 풍선, 로켓, 항공기 또는 우주선에 의해 높은 고도에서 수행됩니다.

풍경의 적외선 사진은 열 방출에 따라 물체를 향상시킵니다: 푸른 하늘과 물은 거의 검게 보이는 반면, 녹색 잎과 노출되지 않은 피부는 밝게 보입니다. 적외선 사진은 병리학적 조직 성장(서모그래피)과 열 방출 증가로 인한 전자 시스템 및 회로의 결함을 드러낼 수 있습니다.

분자 및 물질의 적외선 흡수 및 방출 특성은 분자, 고체 내 원자 및 이온의 크기, 모양 및 화학적 결합에 대한 중요한 정보를 제공합니다. 회전 및 진동 에너지는 모든 시스템에서 양자화됩니다. 따라서 주어진 분자 또는 물질에 의해 방출되거나 흡수되는 적외선 에너지 hν는 일부 내부 에너지 상태의 차이를 측정하는 척도입니다. 이것들은 차례로 원자량과 분자 결합력에 의해 결정됩니다. 이러한 이유로 적외선 분광법은 분자 및 물질의 내부 구조를 결정하거나 그러한 정보가 이미 알려져 있고 표로 작성된 경우 주어진 샘플에서 해당 종의 양을 식별하기 위한 강력한 도구입니다. 적외선 분광 기술은 종종 고고학 표본의 구성과 기원 및 연대를 결정하고 가시 광선 아래에서 검사 할 때 원본과 유사한 예술 및 기타 물체의 위조를 감지하는 데 사용됩니다.

적외선은 열 전달에 중요한 역할을 하며 소위 온실 효과(위 대기의 온실 효과 참조)에 필수적이며, 전 세계적으로 지구의 열 복사 예산에 영향을 미치고 거의 모든 생물권 활동에 영향을 미칩니다. 지구 표면의 거의 모든 물체는 주로 스펙트럼의 적외선 영역에서 전자기 복사를 방출합니다.

적외선의 인공 소스에는 뜨거운 물체 외에도 적외선 발광 다이오드(LED) 및 레이저가 포함됩니다. LED는 갈륨 비소와 같은 반도체 재료로 만들어진 작고 저렴한 광전자 장치입니다. 적외선 LED는 일부 광섬유 기반 통신 시스템에서 광절연체 및 광원으로 사용됩니다. 강력한 광학 펌핑 적외선 레이저는 이산화탄소와 일산화탄소를 사용하여 개발되었습니다. 이산화탄소 적외선 레이저는 화학 반응을 유도 및 변화시키고 동위원소 분리에 사용됩니다. 그들은 또한 라이더 시스템에 사용됩니다. 적외선의 다른 응용 분야로는 자동 자동 초점 카메라, 보안 경보 시스템 및 야간 투시경 광학 기기의 거리 측정기에서의 사용이 있습니다.

적외선 복사를 감지하기 위한 기기에는 열전대 감지기, 볼로미터(이들 중 일부는 절대 영도에 가까운 온도로 냉각되어 감지기 시스템 자체의 열 복사가 크게 감소함), 광전지 및 광전도체와 같은 열에 민감한 장치가 포함됩니다. 후자는 반도체 재료(예: 실리콘 및 황화납)로 만들어지며 적외선에 노출되면 전기 전도도가 증가합니다.

가시광선

가시광선은 전자기 복사의 가장 친숙한 형태이며 눈이 민감한 스펙트럼 부분을 구성합니다. 이 범위는 매우 좁습니다. 보라색 빛의 주파수는 빨간색의 주파수의 약 두 배에 불과합니다. 해당 파장은 7 × 10−5cm(빨간색)에서 4 × 10−5cm(보라색)까지 확장됩니다. 가시 스펙트럼 (노란색)의 중심에서 광자의 에너지는 hν = 2.2 eV입니다. 이것은 텔레비전 파동의 광자 에너지보다 백만 배 크고, 일반적으로 전파의 에너지보다 십억 배 더 큽니다(그림 1 참조).

지구상의 생명체는 태양 스펙트럼의 정점을 나타내고 모든 복사 에너지의 절반에 가까운 가시광선 없이는 존재할 수 없습니다. 가시광선은 식물이 동물의 먹이가 되는 탄수화물과 단백질을 생산할 수 있도록 하는 광합성에 필수적입니다. 석탄과 석유는 수백만 년 전 식물과 미생물의 햇빛으로부터 축적된 에너지원이며, 수력 발전은 현재 햇빛에 의해 유지되는 수문 순환의 한 단계에서 추출됩니다.

Life | Definition, Origin, Evolution, Diversity, & Facts

육상 생명체의 모든 측면에서 가시광선의 중요성을 고려할 때, 그림 3에서 볼 수 있는 물의 흡수 스펙트럼 에 경외감을 느끼지 않을 수 없습니다. 그림 3에서 수직 점선으로 표시된 좁은 가시광선 영역에서 중심을 이루는 물의 놀라운 투명도는 물의 내부 에너지 상태의 특징적인 분포의 결과입니다. 흡수는 분자 진동과 분자 간 진동 때문에 적외선으로 강하다. 자외선 영역에서 방사선의 흡수는 전자 여기(electronic excitations)에 의해 발생합니다. α = 10cm-1보다 큰 흡수 계수를 갖는 주파수의 빛은 구성 액체가 주로 이러한 빛의 주파수를 흡수하는 물로 구성되어 있기 때문에 인간 눈의 망막에도 도달 할 수 없습니다.

1970년대 이래로 햇빛을 전기로 변환하는 장치가 점점 더 많이 개발되었습니다. 기존의 다양한 에너지원 과 달리 태양 에너지는 사용에 의해 고갈되지 않으며 환경을 오염시키지 않습니다. 개발의 두 가지 분야, 즉 광열 및 광전지 기술에 주목할 수 있습니다. 광열 장치에서 햇빛은 예를 들어 물과 같은 물질을 가열하여 발전기를 구동하는 데 사용되는 증기를 생성하는 데 사용됩니다. 반면에 태양광 장치는 반도체 접합부에서 태양광 효과를 사용하여 햇빛의 에너지를 직접 전기로 변환합니다. 갈륨 비소로 만든 태양광 장치로 구성된 태양 전지판은 변환 효율이 20% 이상이며 많은 위성과 우주 탐사선에서 전력을 공급하는 데 사용됩니다. 태양 전지는 일부 휴대용 전자 기기의 건전지를 대체했으며 500 메가 와트 이상의 태양 에너지 발전소가 건설되었습니다.

가시광선의 강도와 스펙트럼 조성은 기본적으로 빛의 영향을 받는 모든 프로세스 또는 속성에 의해 측정되고 기록될 수 있습니다. 검출기는 할로겐화은, 금속 표면에서 전자의 광 방출, 광전지에서 전류 생성, 반도체의 전기 전도 증가를 기반으로 하는 사진 프로세스를 사용합니다.

유리 섬유는 빛을 안내하고 전달하는 효과적인 수단입니다. 광선은 전체 내부 반사에 의해 제한되어 이러한 광섬유 내부를 이동하며, 그 두께는 100분의 1밀리미터에서 수 밀리미터 사이일 수 있습니다. 많은 얇은 광섬유를 번들로 결합하여 이미지를 재현할 수 있습니다. 이러한 섬유 또는 섬유 다발의 유연성은 내부 장기의 광학 탐사를 위한 의학에서 사용할 수 있도록 합니다. 대륙을 연결하는 광섬유는 다른 국제 통신 시스템보다 훨씬 더 많은 양의 정보를 전송할 수 있는 기능을 제공합니다. 광섬유 통신 시스템의 또 다른 장점은 전송을 쉽게 가로챌 수 없고 낮은 대기 및 성층권 교란에 의해 방해받지 않는다는 것입니다.

소형 반도체 레이저 및 발광 다이오드, 광 검출기 어레이, 광전자 이미징 및 기록 재료와 통합된 광섬유는 새로운 광전자 산업의 구성 요소를 형성합니다. 일부 친숙한 상용 제품으로는 광전자 복사기, 레이저 프린터, 컴팩트 디스크 플레이어, 광학 기록 매체 및 비트 밀도가 매우 높은 광 디스크 대용량 저장 시스템이 있습니다.

자외선

독일의 물리학자 요한 빌헬름 리터(Johann Wilhelm Ritter)는 헤르셸의 적외선 발견을 알게 된 후, 태양의 가시 스펙트럼의 보라색 끝 너머를 바라보았고, (1801년에) 가시광선보다 훨씬 더 효율적으로 염화은을 어둡게 하는 보이지 않는 광선이 존재한다는 것을 발견했다. 가시광선과 X선 사이에 뻗어 있는 이 스펙트럼 영역을 자외선이라고 합니다. 이러한 형태의 전자기 방사선의 원천은 태양, 싱크로트론 방사선 소스, 수은 또는 크세논 아크 램프와 같은 뜨거운 물체, 자외선의 광자에 해당하는 내부 전자 에너지 준위를 가진 가스 원자(예: 수은, 중수소 또는 수소)로 채워진 가스 방전관입니다.

Johann Wilhelm Ritter | Biography & Facts

When ultraviolet light strikes certain materials, it causes them to fluoresce—i.e., they emit electromagnetic radiation of lower energy, such as visible light. The spectrum of fluorescent light is characteristic of a material’s composition and thus can be used for screening minerals, detecting bacteria in spoiled food, identifying pigments, or detecting forgeries of artworks and other objects (the aged surfaces of ancient marble sculptures, for instance, fluoresce yellow-green, whereas a freshly cut marble surface fluoresces bright violet).

Optical instruments for the ultraviolet region are made of special materials, such as quartz, certain silicates, and metal fluorides, which are transparent at least in the near ultraviolet. Far-ultraviolet radiation is absorbed by nearly all gases and materials and thus requires reflection optics in vacuum chambers.

Ultraviolet radiation is detected by photographic plates and by means of the photoelectric effect in photomultiplier tubes. Also, ultraviolet radiation can be converted to visible light by fluorescence before detection.

자외선의 상대적으로 높은 에너지는 특정 광화학 반응을 일으킵니다. 이 특성은 직물에 시아노타입 인상을 생성하고 설계 도면을 청사진화하는 데 활용됩니다. 여기서 직물이나 종이는 자외선에 노출되면 반응하여 불용성 청색 화합물을 형성하는 화학 물질의 혼합물로 처리됩니다. 자외선에 의한 전자 여기(electronic excitation)는 또한 감광성 및 광변색 유리의 색상과 투명도에 변화를 일으킵니다. 특정 폴리머의 광화학적 및 광구조적 변화는 포토리소그래피 및 마이크로 전자 회로 처리의 기초를 구성합니다.

Photochemical reaction | Light-Induced Chemical Changes

인간과 대부분의 척추 동물의 눈에는 보이지 않지만 근자외선은 많은 곤충이 볼 수 있습니다. 가시광선 아래에서는 동일한 색깔 패턴을 가지고 있는 것처럼 보이는 나비와 많은 꽃들은, 곤충이 감지할 수 있는 자외선 아래에서 볼 때 확연히 다르다.

자외선과 더 낮은 주파수의 전자기 복사의 중요한 차이점은 전자 의 이온화 능력이며, 이는 원자와 분자에서 전자를 녹아웃시킬 수 있음을 의미합니다. 가시광선을 벗어난 모든 고주파 전자기 방사선(예: 자외선, X선 및 감마선)은 이온화되므로 신체 조직, 살아있는 세포 및 DNA(디옥시리보 핵산)에 해롭습니다. 인간과 더 큰 동물에 대한 자외선의 해로운 영향은 이러한 형태의 방사선이 피부보다 훨씬 더 멀리 침투하지 않는다는 사실에 의해 완화됩니다.

일광욕을 하는 사람의 몸은 초당10,21개의 광자에 부딪히며, 이 중 1퍼센트 즉 초당 십억 십억 이상이 자외선 광자입니다. 태닝과 천연 바디 색소는 피부를 어느 정도 보호하여 자외선에 의한 피부 세포의 파괴를 방지합니다. 그럼에도 불구하고 햇빛의 자외선 성분에 과도하게 노출되면 피부암, 눈의 백내장 및 신체의 면역 체계가 손상될 수 있습니다. 다행히도 성층권의 오존 층 (O3 )은 2000 및 2900 옹스트롬 (1 옹스트롬 [Å] = 10−10 미터)의 파장을 가진 가장 해로운 자외선을 흡수하고 2900에서 3150 Å 사이의 파장을 가진 자외선을 감쇠시킵니다. 이 오존 보호층이 없다면 지구상의 생명체는 불가능할 것입니다. 오존층은 상향 확산 분자 산소 (O2 )와 하향 확산 이온화 원자 산소 (O +) 사이의 반응에 의해 지구 표면에서 약 10-50km (6-30 마일)의 고도에서 생성됩니다. 20세기 후반에 생명을 보호하는 이 성층권 오존층은 에어로졸 추진제, 에어컨 냉각제, 전자 제품 제조에 사용되는 용제에 의해 대기 중으로 방출되는 염화불화탄소(또는 프레온) 가스의 염소 원자에 의해 감소되었습니다 구성 요소 및 기타 소스. 오존층을 파괴하는 화학 물질의 판매에 제한이 가해졌으며, 오존층은 결국 회복될 것으로 예상되었습니다.

Ozone layer | Description, Importance, & Facts

Immune system | Description, Function, & Facts

Skin cancer | Causes, Types & Treatment

Cataract | Causes, Symptoms & Treatment

이온화된 원자 산소, 질소 및 산화질소는 태양 자외선의 흡수에 의해 상층 대기에서 생성됩니다. 이 이온화된 영역은 무선 통신에 영향을 미치고 40MHz 미만 주파수의 전파를 반사 및 흡수하는 전리층입니다.

엑스레이

X-ray | Definition, History, & Facts

중족골

발의 중족골을 보여주는 X선.

독일의 물리학자 빌헬름 콘라드 뢴트겐(Wilhelm Conrad Röntgen)

Wilhelm Conrad Roentgen | Biography, Discovery, X-Rays, & Facts

은 1895년 저압 가스 방전관에서 음극선을 연구 하던 중 우연히 X선을 발견했습니다. (몇 년 후, 영국의 J.J. 톰슨은 음극선이 방전관의 음극[음극]에서 방출되는 전자임을 보여주었다.) 뢴트겐은 우연히 방전관 근처에 있던 바륨 플라티노시아나이드 스크린의 형광을 발견했습니다. 그는 지금까지 감지되지 않은 형태의 방사선의 근원을 추적하여 음극선이 방전관의 벽에 부딪히는 지점까지 추적했으며, 반사나 굴절을 관찰할 수 없는 자신의 무능력으로 인해 그의 새로운 광선이 빛과 관련이 없다는 잘못된 결론을 내렸습니다. 그들의 본질에 대한 불확실성 때문에 그는 그것들을 X-방사선이라고 불렀습니다. 이러한 조기 실패는 200에서 100,000 eV의 광자 에너지에 해당하는 X 선 (10-8-10-11 cm)의 매우 짧은 파장에 기인 할 수 있습니다. 1912년에 독일의 또 다른 물리학자인 막스 폰 라우에(Max von Laue)는 결정 속의 원자가 규칙적으로 배열되어 있을 때, X선이 그러한 결정을 통과할 때 사진판에 간섭 패턴을 생성하기 위해 적당한 간격(약 10−8cm)의 자연스러운 격자를 제공해야 한다는 것을 깨달았습니다. 발터 프리드리히(Walter Friedrich)와 파울 니핑(Paul Knipping)이 수행한 이 실험의 성공은 전자기 방사선으로 X선을 식별했을 뿐만 아니라 결정의 상세 한 원자 구조를 연구하기 위해 X선을 사용하기 시작했습니다. 소위 X선 회절계에서 결정에서 특정 방향으로 회절된 X선의 간섭은 프리즘이 회절하여 다양한 색상의 빛을 퍼뜨리는 것처럼 X선을 다른 주파수로 해부할 수 있도록 합니다. 따라서 주어진 X선 소스에서 방출되는 X선의 스펙트럼 조성 및 특성 주파수를 측정할 수 있습니다. 광학 분광학에서와 같이 방출되는 X선 광자는 원자와 분자의 내부 전자 에너지 차이에 해당합니다. 그러나 훨씬 더 높은 에너지 때문에 X선 광자는 원자핵에 가까운 내부 껍질 전자와 관련이 있는 반면 광학 흡수 및 방출은 원자 또는 일반적으로 물질의 가장 바깥쪽 전자와 관련이 있습니다. 외부 전자는 화학적 결합에 사용되는 반면 내부 껍질 전자의 에너지는 원자 결합의 영향을 받지 않기 때문에 물질을 구성하는 원소의 정체성과 양은 가시광선 또는 자외선의 광자보다 X선의 방출, 흡수 또는 형광에 의해 더 정확하게 결정됩니다.

Max von Laue | X-ray diffraction, Nobel Prize, quantum theory

Spectroscopy | Definition, Types, & Facts

Chemical bonding | Definition, Types, & Examples

의료용 X선 사진(방사선 사진)에서 신체 부위 간의 대비는 뼈와 조직에 의한 X선의 다양한 산란 및 흡수에 의해 생성됩니다. 뢴트겐이 X선을 발견하고 아내의 손을 처음으로 X선 사진을 찍은 지 몇 달 만에 이러한 형태의 전자기 방사선은 정형외과 및 치과 의학에서 없어서는 안 될 필수품이 되었습니다. 신체 내부의 이미지를 얻기 위해 X선을 사용하는 것은 수년에 걸쳐 상당한 발전을 거쳤으며 컴퓨터 단층 촬영(CAT; 방사선 참조).

Scattering | Particle, Wave, Interaction

Computed tomography (CT)

Radiation | Definition, Types, Effects, & Facts

의학적 진단에 유용함에도 불구하고, 원자와 분자를 이온화하는 X선의 능력과 투과력은 그것들을 잠재적인 건강 위험으로 만듭니다. 신체 세포와 조직이 이러한 전리 방사선에 다량 노출되면 DNA에 이상이 발생하여 암과 선천적 기형으로 이어질 수 있습니다. (X선 및 기타 형태의 전리 방사선이 인체 건강에 미치는 영향과 일상 생활에서 접하는 이러한 방사선 수준에 대한 자세한 치료는 방사선: 전리 방사선의 생물학적 효과를 참조하십시오.)

X선은 금속 표적에 부딪힐 때 에너지 전자(bremsstrahlung)의 감속 또는 원형 궤도에서 상대론적 속도로 움직이는 전자를 가속함으로써 X선관에서 생성됩니다(싱크로트론 방사선; 위의 전자기 복사의 연속 스펙트럼 참조). 그들은 사진 에멀젼의 광화학적 작용 또는 가스 원자를 이온화하는 능력에 의해 감지됩니다. 모든 X선 광자는 전자와 이온의 폭발을 생성하여 전류 펄스를 생성합니다. 초당 이러한 전류 펄스의 속도를 계산함으로써 X선 플럭스의 강도를 측정할 수 있습니다. 이러한 목적으로 사용되는 도구를 가이거 계수기라고 합니다.

Geiger counter | radiation detector

전자기 스펙트럼이 천체를 연구하는 데 어떻게 도움이 되는지 이해합니다.

천문학자들은 전자기 스펙트럼을 사용하여 은하수의 다양한 측면을 연구합니다.(자세히)

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X선 천문학은 깊은 우주에서 매우 강력한 X선의 원천을 밝혀냈습니다. 태양계가 속한 우리 은하에서 가장 강렬한 원천은 두 별 중 하나가 소형 중성자별 또는 블랙홀로 생각되는 특정 이중성 시스템입니다. 주위를 도는 동반 별의 이온화된 가스는 중력에 의해 조밀한 별에 떨어지며, 태양이 방출하는 빛의 총량보다 1,000배 이상 강렬한 X선을 생성합니다. 폭발하는 순간에, 초신성은 X-선의 폭발로 에너지의 상당 부분을 방출합니다.

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