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전자기파의 전파

① 장의 개념：모든 입자는 그 주위에 여러 종류의 장을 가지고 있다.

질량이 있는 입자는 주위에 중력장이 존재한다. 장은 공간적으로 무한히 확장되며, 전파속력은 빛과 같다. 마찬가지로 전하 주위에는 전기장이 존재하고, 움직이는 전하 주위에는 자기장이 존재하며 전기장에 수직인 방향을 가진다. 전기장과 자기장은 동시에 발생하며 전파하는데, 이것을 전자기파라 한다(→ 전자기장). 이것의 전파방향은 전기장과 자기장에 수직이다.

전자기파의 에너지는 그것의 전파방향과 평행한 다른 힘이나 장에 의해 감소된다.

② 진동수 범위：전자기파의 진동수 범위는 대단히 넓으며, 눈에 보이는 영역은 극히 일부분이다. 위 그림은 여러 종류의 전자기파의 진동수·파장을 표시한다.

③ 빛의 성질：빛은 직선 전파, 두 물질과의 표면 또는 경계면에서의 반사 및 굴절, 거울이나 렌즈에 의한 상의 형성 등과 같은 일반적인 성질이 있다.

다른 한편으로는 간섭·회절·편광과 같은 파동적인 성질, 광전효과, 콤프턴 산란, 쌍생성과 같은 입자적인 성질의 이중성을 가지고 있다(→ 광학).

④ 빛의 파동성：광선이 두 물질의 경계면으로 입사할 때 일부는 반사하고 일부는 굴절하는데 이것은 입사면 내에서 일어난다. 이러한 모든 관계는 맥스웰의 전자기 이론으로부터 유도해 낼 수 있다.

편광현상은 빛이 진행하면서 파동으로 전자기장 벡터의 공간-시간 관계를 수학적으로 보여준다. 빛의 분산은 진동수에 따른 굴절률의 변화를 말하며, 프리즘에 의하여 백색광의 색분리 효과를 나타낸다(→ 맥스웰 방정식).

⑤ 빛의 입자성：원자·분자로부터 궤도전자를 분리시키는데 요구되는 에너지를 결합 에너지라 한다(→ 양자역학). 원자나 고체에 들어간 빛을 이루는 광자의 에너지가 최소 결합 에너지 보다 크면, 빛의 전에너지 또는 일부분을 광전효과, 콤프턴 산란, 쌍생성을 통하여 전달한다.

광전효과는 전자기 복사의 흡수로 인하여 금속표면으로부터 전자가 한정된 에너지를 가지고 방출되는 것이다. 콤프턴 산란의 경우, 입사된 광자는 궤도전자로부터 산란되어 파장이 길어지며 입사파와 산란파의 에너지 차는 전자에 전달된다. 쌍생성은 광자가 원자의 핵에 근접하여 지나갈 때 광자로부터 전자-양전자 쌍이 만들어지는 것이다.

이것은 광자의 에너지가 최소한 102만eV 이상이어야 하며, 그 이상의 에너지는 대부분 전자쌍의 운동 에너지로 분포되며 적은 양이 핵의 되튐 에너지로 된다.