재미난 과학이야기16
                                                                                                 

1998년 9월 5일


라디오, 테레비가 나오는 것이 무척 신기하죠. 물론 그런 생각을 해 본 적도 없을

지도 모릅니다. 전파가 허공을 가로 질러 집에 까지 오는 것은 다 알고 있죠.

알고봤더니 전파 속에 전기와 자석이 들어있어요. 전파는 전자기파라는 긴 띠속의

일부분에 해당하는 작은 꼬마여요.

 

맥스웰이라는 사람이 전자기파를 수식으로 완전히 밝혀내고 헤르츠가 실험으로

증명하여 전자기파의 세계가 완전히 밝혀지고 이것을 이용하여 오늘날 인류가

급속히 발전한 것입니다.

 

귀족이나 노예가 없는 공평한 세상을 만드는데 기여한 것은 전파의 힘입니다.

세상에 일어나는 일을 순식간에 전세계적으로 알게 되어 모든 인류가 어느 정도

공평해진 것이죠. 물론 새로운 형태의 귀족이나 노예가 있는 것은 사실입니다.

하지만 과학기술의 발달은 이런 불공평을 많이 없앨 것이라고 생삭합니다.

물론, 그 반대로 생각하는 사람도 있지만 인류가 각자의 권리와 개성을 존중해주는

방향으로 진보하고 있는 것은 확실한 것 같습니다.

 

아직까지도 전파를 몰라서 지금처럼 빠른 통신수단이 없다면 서로간의 연락이 잘

안되므로 각 지방마다 폭력배들이 왕국을 건설하고 수 많은 사람들을 착취하고

마음대로 죽일 수도 있습니다. 그러나 이제는 교통과 통신이 발달하여 그런 세상은

많이 지나갔어요. 미래에는 더욱 공평하게 인간의 존엄성이 존중될 것입니다.

이 모든 것이 과학 기술 발전의 승리입니다.

 

전파가 생기는 원리는 간단합니다. 전파가 공중으로 퍼져나가는 것은 연못에 돌을

던지면 물결 파동이 사방으로 퍼져 나가는 것과 동일한 현상입니다.

 

전하(전기를 띤 입자 ; 양성자 또는 전자)가 진동하면서 발생되는 전기장의 변화

때문에 자기장이 생성되고 또한 그 자기장이 변화하면 새로운 전기장이 만들어지고

이 전기장 때문에 또 자기장이 생성됩니다. 이렇게 끝없이 전기장과 자기장이

변하면서 우주 공간을 사방으로 퍼져나가는 것이 바로 전자기파입니다.

빛도 바로 전자기파입니다.

 

           

 

이 전자기파 중 짧은 영역이 감마파, 엑스레이 등입니다. 아주 해롭죠. 오래 쪼이면

죽습니다. 가시광선 부분이 우리 눈에 색깔로 보이는 것이죠.

 

가시광선 보다 짧은 부분이 자외선으로 살을 태우는 파장입니다. 해변가에서 오래

동안 걸어다니면 등의 허물이 홀랑 벗겨지는 것이 바로 이 자외선 때문입니다.

이 해로운 자외선을 막아주는 오존층이 자꾸 부서져(프레온 가스란 놈이 그런 나쁜

역할을 함) 큰 문제입니다.

 

가시광선보다 약간 긴 쪽이 적외선 영역입니다. 따뜻한 느낌을 주는 열선입니다.

사우나의 그 뜨거운 느낌이 바로 이 적외선입니다.

 

이 전자기파 중에 파장이 긴 부분이 바로 전파영역입니다. 이 전파는 멀리까지

가므로 통신에 사용합니다. 진동하는 전하가 허공에 빛(전자기파)의 파동을 일으킨

것입니다. 전파란 허공을 퍼져나가는 전기와 자석의 진동하는 물결인 셈입니다.

그 물결의 근원은 진동하는 전하입니다.

 

이러한 사실을 맥스웰이 수식으로 계산했죠.더 알고 싶은 사람들을 위해서 아래에

맥스웰 방정식을 간단히 소개합니다.

 

맥스웰 방정식은 4가지가 있습니다.

 

1) 제 1방정식

전기력선이 양전하에서 발산(나와서)하여 음전하로 수렴(들어간다)한다는 것입니다.

즉, 가우스의 법칙입니다. 수식으로 써보면 다음과 같습니다.

 

           ▽˙E = 4πρ ( ρ; 전하밀도 , E ; 전기장 )

 

2) 제 2 방정식

전기력선은 변화하는 자기장 주위를 회전(컬)하고 있다는 것입니다. 즉, 변화하는

자기장은 전기장을 만드는 것입니다. 패러데이의 법칙입니다. 수식으로 써 보면

다음과 같습니다.

 

           ▽ x E =( - 1/c)( dB/dt ) c: 광속 B ; 자기장

 

3) 제 3 방정식

자기장은 결코 발산(다이버젠스)하지도 수렴하지도 않는다는 것입니다. 즉, 자기장은

항상 폐곡선을 그립니다. 수식으로 표현하면 다음과 같습니다.

 

             ▽˙B = 0 ( B ; 자기장 )

 

4) 제 4 방정식

자기력선이 전류 주위를 회전(컬)하고 있다는 것입니다. 수식으로 표현하면 다음과

같습니다.

 

              ▽ x B = (4π / c ) J + ( 1/c)( dE/dt )

              ( J ; 전류밀도 , B ; 자기장 E ;전기장 )

 

위 방정식과 수식들은 대학교에서 배우는 내용이니 몰라도 됩니다. 아무 걱정마세요.



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