지식나눔

빛의 파장과 일상 생활에서의 적용에 대한 궁금증 [ 파장과 투과 ]

안녕하세요, 유기화학을 전공했던 궁금증이 많은 사람입니다.
파장과 관련한 궁금증이 있어 문의하고자 글을 쓰게되었습니다.

제가 아는 바로는, 파장은 길수록 투과두께가 길어진다고 알고 있습니다.
그리하여 cell의 imaging에 세포가 빛에너지에 대한 영향을 줄이기 위해 장파장의 빛을
이용하려 한다고 알고 있구요..

그런데, 우리 실생활에서는 X-ray라는 장비가 의료목적으로 사용되고 있잖아요?
왜 이토록 짧은 파장을 이용한 기기를 몸에 적용하는건가요?
파장이 짧아 에너지도 크고 투과두께도 얇을텐데 말이죠..

그리고 하나 더 있는데요,
터널 속에서 라디오가 잘 틀어지는 것과 DMB 방송은 잘 안터지는 경우도
라디오가 파장이 더 긴 것을 이용하여 터널 속으로 투과가 가능하여 
터널속에도 이용이 가능하고, DMB 방송은 그 반대라서 안터지는 경우가 생기는
건가요??

궁금증을 해결해주실 분들의 고마운 답변을 기다리겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다^^.

 
  • 파장
  • 투과
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각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
답변 2
  • 답변

    이응신님의 답변

    1. 파장과 투과두께
    파장과 투과두께는 직접 관계가 없습니다. 전자기파가 물질을 투과하는 현상은 전자기파가 가지는 입자적인 에너지가 원자나 분자의 최외각전자를 얼마나 여기시키는가에 따라 투과나 반사가 결정이 됩니다. 예를 들어, 유리는 주로 이산화규소로 이루어져 있고 사이에 불순물인 철분이 들어있습니다. 빛이라는 전자기파가 유리에 닿았을 때 일부는 표면에서 일부 흡수가 되고 반사(재방사)가 되나 대부분의 빛은 유리분자의 최외각전자를 여기시키지 않아 흡수가 일어나지 않고 그대로 통과를 하니까 가시광선 영역은 통과하고 파장이 긴 적외선은 흡수가 일어납니다. 흡수가 일어난다는 말은 분자를 이루는 구성성분의 최외각전자를 여기시킨다는 말과 같습니다. 그래서 여기가 된 다음 원위치로 돌아오면서 적외선을 방출하므로 빛을 유리에 오랫동안 쬐면 유리의 표면온도가 올라갑니다. (겨울에 이중유리의 표면온도가 빛을 받아 올라가는 현상)

    금속은 통과하지 못하는 현상: 빛이나 전자기파가 가지는 에너지는 최외각전자를 여기시키는데 사용되는데 잘 알다시피 금속과 같은 도체는 자유전자 때문에 쉽게 여기가 되어 조금만 에너지가 들어와도 여기시키는데 다 사용합니다. 그래서 금속에다가는 빛이나 전자기파를 아무리 쬐어도 통과가 되지 않는 것입니다. 몸도 수분이 있어 이것이 어느 정도 도체 역할을 하므로 빛이나 전파는 통과하지 못하므로 에너지가 매우 높아 몸을 구성하는 분자의 최외곽전자를 여기시키지 못하는 파장대의 X-선을 사용하는겁니다. X-선도 몸을 구성하는 물질의 분자구조에 따라 여기 시키는 정도가 다르므로 파장대를 잘 조절하면 뼈는 통과하지 못하거나 혈관을 덜 통과하거나 등등으로 구성성분을 분리해서 볼 수 있도록 할 수 있습니다. CT가 대표적인 예 입니다.

    유리면 뒤에 은이나 알루미늄 등으로 코팅을 하면 거울이 됩니다. 금속은 표면에서 전자기파를 다 흡수하여 최외각전자(자유전자)를 여기시키고 다시 원위치로 돌아갈 때 방사하는 것이 거의 같으므로 방향을 잘 맞추면(매끄럽게 하면) 어느 금속이나 거울이 됩니다. 표면이 우둘투둘하면 난반사를 해서 거울이 될 수 없지요. 그래서 매끈하고 빛이 통과하는 유리 뒷면에다 코팅을 하여 거울로 사용합니다.

    2. 터널안의 전파
    터널안에는 파장이 긴 장파장대의 전파는 회절이 되어 안으로 어느 정도까지 가므로 AM라디오도 들리는 경우가 많습니다. 회절하는 정도는 파장에 비례하므로 (정확하게는 파장과 물체사이의 슬릿폭) 파장이 긴 전파 (대략 수십에서 수백미터)는 터널 안으로 어느 정도까지 들어갑니다. 단파장인 TV전파나 마이크로웨이브는 파장이 수 밀리미터에서 수 마이크로미터이니까 모서리에 닿거나 터널 폭에 비해 회절이 안되고 그냥 직진하는 범위까지만 들어갑니다. 그래서 DMB나 기타 마이크로웨이브 이하 전파는 터널 안에서 작동을 하지 않습니다. 그런데 핸드폰이나 어떤 터널은 DMB도 나오는 경우가 있는데 이것은 전파 중계기를 터널 안에 설치하여 중계를 하기 때문에 가능한 겁니다. 엘리베이터는 금속으로 이루어졌으므로 핸드폰으로 통화를 할 수 없어 엘리베이터 문이 닫히면 끊어지거나 지하주차장에서도 끊어집니다. 고객들 불만이 많으므로 지하주자창이나 엘리베이터 안에 중계기를 설치하면 통화가 끊어지지 않습니다. 터널을 지날때 천장과 모서리 부근을 보면 UHF 안테나와 비슷한 것이 달려 있거나 무선 WiFi 중계기 들이 보이는데 이것이 터널안까지 전파를 전달하는 역할을 합니다.
    1. 파장과 투과두께
    파장과 투과두께는 직접 관계가 없습니다. 전자기파가 물질을 투과하는 현상은 전자기파가 가지는 입자적인 에너지가 원자나 분자의 최외각전자를 얼마나 여기시키는가에 따라 투과나 반사가 결정이 됩니다. 예를 들어, 유리는 주로 이산화규소로 이루어져 있고 사이에 불순물인 철분이 들어있습니다. 빛이라는 전자기파가 유리에 닿았을 때 일부는 표면에서 일부 흡수가 되고 반사(재방사)가 되나 대부분의 빛은 유리분자의 최외각전자를 여기시키지 않아 흡수가 일어나지 않고 그대로 통과를 하니까 가시광선 영역은 통과하고 파장이 긴 적외선은 흡수가 일어납니다. 흡수가 일어난다는 말은 분자를 이루는 구성성분의 최외각전자를 여기시킨다는 말과 같습니다. 그래서 여기가 된 다음 원위치로 돌아오면서 적외선을 방출하므로 빛을 유리에 오랫동안 쬐면 유리의 표면온도가 올라갑니다. (겨울에 이중유리의 표면온도가 빛을 받아 올라가는 현상)

    금속은 통과하지 못하는 현상: 빛이나 전자기파가 가지는 에너지는 최외각전자를 여기시키는데 사용되는데 잘 알다시피 금속과 같은 도체는 자유전자 때문에 쉽게 여기가 되어 조금만 에너지가 들어와도 여기시키는데 다 사용합니다. 그래서 금속에다가는 빛이나 전자기파를 아무리 쬐어도 통과가 되지 않는 것입니다. 몸도 수분이 있어 이것이 어느 정도 도체 역할을 하므로 빛이나 전파는 통과하지 못하므로 에너지가 매우 높아 몸을 구성하는 분자의 최외곽전자를 여기시키지 못하는 파장대의 X-선을 사용하는겁니다. X-선도 몸을 구성하는 물질의 분자구조에 따라 여기 시키는 정도가 다르므로 파장대를 잘 조절하면 뼈는 통과하지 못하거나 혈관을 덜 통과하거나 등등으로 구성성분을 분리해서 볼 수 있도록 할 수 있습니다. CT가 대표적인 예 입니다.

    유리면 뒤에 은이나 알루미늄 등으로 코팅을 하면 거울이 됩니다. 금속은 표면에서 전자기파를 다 흡수하여 최외각전자(자유전자)를 여기시키고 다시 원위치로 돌아갈 때 방사하는 것이 거의 같으므로 방향을 잘 맞추면(매끄럽게 하면) 어느 금속이나 거울이 됩니다. 표면이 우둘투둘하면 난반사를 해서 거울이 될 수 없지요. 그래서 매끈하고 빛이 통과하는 유리 뒷면에다 코팅을 하여 거울로 사용합니다.

    2. 터널안의 전파
    터널안에는 파장이 긴 장파장대의 전파는 회절이 되어 안으로 어느 정도까지 가므로 AM라디오도 들리는 경우가 많습니다. 회절하는 정도는 파장에 비례하므로 (정확하게는 파장과 물체사이의 슬릿폭) 파장이 긴 전파 (대략 수십에서 수백미터)는 터널 안으로 어느 정도까지 들어갑니다. 단파장인 TV전파나 마이크로웨이브는 파장이 수 밀리미터에서 수 마이크로미터이니까 모서리에 닿거나 터널 폭에 비해 회절이 안되고 그냥 직진하는 범위까지만 들어갑니다. 그래서 DMB나 기타 마이크로웨이브 이하 전파는 터널 안에서 작동을 하지 않습니다. 그런데 핸드폰이나 어떤 터널은 DMB도 나오는 경우가 있는데 이것은 전파 중계기를 터널 안에 설치하여 중계를 하기 때문에 가능한 겁니다. 엘리베이터는 금속으로 이루어졌으므로 핸드폰으로 통화를 할 수 없어 엘리베이터 문이 닫히면 끊어지거나 지하주차장에서도 끊어집니다. 고객들 불만이 많으므로 지하주자창이나 엘리베이터 안에 중계기를 설치하면 통화가 끊어지지 않습니다. 터널을 지날때 천장과 모서리 부근을 보면 UHF 안테나와 비슷한 것이 달려 있거나 무선 WiFi 중계기 들이 보이는데 이것이 터널안까지 전파를 전달하는 역할을 합니다.
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  • 답변

    김상훈님의 답변

    상세한 설명 감사드립니다.
    아직 잘 이해가 되질 않지만, 몇번 더 읽어보고 이해가 되지 않을까 합니다.^^

    좀 더 이해 후에 궁금한 사항이 더 생기면, 다시 답장을 달도록 하겠습니다.

    너무 감사드립니다. 즐거운 하루되세요.

     
    상세한 설명 감사드립니다.
    아직 잘 이해가 되질 않지만, 몇번 더 읽어보고 이해가 되지 않을까 합니다.^^

    좀 더 이해 후에 궁금한 사항이 더 생기면, 다시 답장을 달도록 하겠습니다.

    너무 감사드립니다. 즐거운 하루되세요.

     
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