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전자기파

라디오나 텔레비전의 송신에 사용되고 있는 전파는 전기와 자기에 대한 연구를 진행하는 가운데 이론적으로 예상되어지고, 또 확인되었다. 즉, 전기 진동이 일어나면, 전기장의 진동과 자기장의 진동이 서로 원인과 결과의 관계를 가지면서 공간으로 퍼져 나간다는 것을 안 것이다. 그리고 이와 같은 파를 전자기파라 불렀다. 전자기파 중에서 파장이 긴 것을 전파라고 한다.

전자기파의 발생과 전파

진동 회로에서의 에너지 방출

振動回路－energy 放出진동 회로에서 에너지가 모두 코일과 축전기의 내부에 들어가 있는 것은 아니다. 코일이나 축전기의 외부로 자기력선이나 전기력선이 나가는 것과 함께 에너지도 나가게 되는데, 공진 주파수가 작은 동안에는 진동이 천천히 일어나므로 일단 밖으로 나온 에너지도 거의 회수되면서 전기 진동이 계속된다. 그러나 공진 주파수가 매우 커지면 전기의 움직임도 매우 빨라지므로 이미 방출된 에너지가 회수되기도 전에 다음 에너지가 방출하게 되어 진동회로에서 에너지가 밖으로 나간다. 에너지가 밖으로 나갈 때 전기 진동을 계속하게 하기 위해서는 진동 회로에 에너지를 공급할 장치가 필요하다. 이 진동 회로에서 밖으로 나가는 에너지는 전기장의 진동과 자기장의 진동이 결합된 형태에서 발생하고 있다.

전기장과 자기장의 연관

電氣場－磁氣場－聯關 자석에 코일을 가까이 가져가나 반대로 코일에 자석을 가까이 가져가면, 유도 전류가 흐른다. 자석에 코일을 가까이 할 경우, 자기장 안에서 이동하는 코일 속의 자유 전자는 로렌츠의 힘을 받게 되므로 유도 전류가 흐르는 이유의 설명이 된다. 그러나 자석을 코일에 접근시킬 경우는 코일이 정지되어 있어서 자유 전자의 이동이 없기 때문에 유도 전류의 발생은 자기장에 의해서가 아니라 전기장으로 설명하여야 한다. 전기장이라면 정지하고 있는 전자를 움직이게 할 수 있다. 실제로는 움직이는 자석에 의해 유도 전류가 흐르는 것이기 때문에 움직이는 자석은 전기장을 만든다고 할 수 있다. 움직이는 자석을 움직이는 자기장(자기력선)이라고 바꾸어 말하면, "움직이는 자기장(자기력선)은 전기장을 만든다"라고 할 수 있다. 자석을 접근시킨 곳이 공간이라 하더라도(코일이 없어도) 전기장은 형성된다. 한편, 움직이는 전기장(전기력선)도 자기장을 만드는 것이다. 저항기의 접점 P를 이동시켜서 대전판에 거는 전압을 크게 해 간다. 대전판 위의 전기량이 많아짐에 따라 전기력선도 증가되어 가고, 대전판 주위에서 자기장이 검출되는데 그 방향은 전류가 만드는 자기장의 방향과 같다. 전기력선이 증가된다는 것은 먼 곳에 있었던 전기력선이 이 대전판 부분으로 이동해 온 것이라 생각된다. 이러한 사실에서, "움직이는 전기장(전기력선)은 자기장을 만든다"라고 말할 수 있다.

전자파의 성질

전자파는 파동이므로 다음과 같은 성질을 가지고 있다. 즉 반사, 굴절, 회절, 간섭하는 성질이다. 이 성질들은 실험에 의해 확인된다.

전자파의 편재

전자파의 진행 방향과 전기장 또는 자기장은 90˚의 각을 이루고 있으므로. 전자파는 횡파이다. 횡파인 것을 실험적으로 확인하기 위해서는 전자파의 편재 현상을 조사하면 된다. 전자파인 경우 편광판 역할을 하는 것은 쇠창살과 같은 장치이다. 금속 막대로 된 창살을 가로로 하면 검출기로 전자파가 검출되지만, 이것을 세로로 세우면 그곳에 흡수되어 전자파가 검출되지 않는다. 이와 같은 실험에서 전자파에는 편재 현상이 있고 횡파인 것을 알 수 있다. 그리고 전기장의 방향이 일정한 전자파를 편파라 하고 전기장을 띤 면을 편파면이라 한다.

정상파와 도플러 효과

전자파의 발진기 앞쪽에 금속판을 놓고, 그 위치를 조금씩 조정하면 입사된 전자파와 반사된 전자파가 겹쳐져서, 정상파를 형성한다. 정상파를 만들고 마디에서 다음 마디까지의 거리를 재면 이 전자파의 파장을 측정할 수 있다. 금속판을 접근시키거나 멀리하면 반사파에 도플러 효과가 일어나 진동수에 변화가 일어난다. 입사파와 반사파의 진동수의 차이에서 맥놀이현상이 일어나며, 그 현상은 일정한 장소에 놓은 검출기의 바늘의 움직임에서 알 수 있다. 반대로 맥놀이 현상에서 금속판이 움직이는 속도를 구할 수 있다.