전자기파, 전기장과 자기장의 영향 - 전자기유도

 

 

 전자기파

 

공간적으로 변하는 전기장은 항상 시간에 따라 변하는 자기장과 관련이 있고, 마찬가지로 시간적으로 변하는 자기장도 공간에 따라 변하는 전기장과 관련이 있다.

자기장은 전기장의 상대론적인 왜곡이라고 볼 수 있으며 둘의 관계는 시간과 공간의 변화에 대한 비유 그 이상일 수 있다. 둘은 함께 전자기파를 형성하며 이것은 공간으로 뻗어나가며 그 근원에는 영향을 끼치지 않는다. 이렇게 가속되는 전하에 의해 형성된 전자기파 원거리장은 공간을 통해 전달된다.

 

- 전기장 자기장은 서로 영향을 준다.

- 전개, 역사

- 전자기파와 파동의 비교

 

 전기장 자기장은 서로 영향을 준다.

 

전자기파는 전기장과 자기장이 함께 형성하는 것이라 했다.

 

그리고 전류 흐름과 자기장의 변화는 서로에게 영향을 준다. (다들 한번쯤 들어봤을 전자기유도 현상이다.)

 

전자기 유도 현상의 발견은 과학 내에서도 혁명을 촉발시켰다. 전자기 유도의 특징은 당시 별 의심 없이 받아들여지던 원거리 작용의 원리와 잘 어울리지 않았다. 중력, 정전기력, 자기력 등 원거리에서 작용하는 힘은 모두 두 물체 사이의 직선을 따라 작용하는 인력이나 척력이었던 데 반해, 전류와 자석 사이의 상호작용은 서로를 수직으로 회전시키는 것처럼 보였기 때문이다.

 

이러한 의심으로부터 패러데이는 전기와 자기 작용이 매질이나 공간에 의해 전달될지도 모른다는 생각을 품기 시작했다(전자기파 개념의 시작이다). 마치 소리나 빛이 매질을 통해 점진적으로 전달되는 것처럼 말이다. 즉 패러데이는 장(field)이라는 혁명적인 아이디어를 고안한 것이다.

 

‘전류가 그와 수직을 이루는 원형 자기력을 만들어내고, 자기력의 변화가 그와 수직을 이루는 원형 전류를 만들어낸다’는 패러데이의 아이디어를 이용해, 맥스웰은 전자기 작용의 전달 방법을 설명했다. 즉 전자기 작용은 전기장과 자기장이 서로를 연쇄적으로 만들어내면서 전달되는 전자기파에 의해 매개된다. 

 

 

 

 전개, 역사

 

맥스웰은 그 전자기파의 속도를 이론적으로 계산했는데, 놀랍게도 그 속도는 빛의 속도와 같았다. 이 예측은 1887년 독일의 헤르츠(Heinrich Rudolf Hertz, 1857~1894)가 전자기파를 직접 발생시키고 검출하는 데 성공함으로써 극적으로 입증되었으며, 이로써 물리적 작용이 공간에 의해 매개되며 그것이 전달되는 데에 시간이 걸릴 것이라는 패러데이의 생각은 드디어 과학적 사실로 받아들여지게 되었다. 이 전자기파 덕분에 무선 통신의 시대가 열리게 되었다. 결국 1831년 자석의 운동이 전류를 만들어낸다는 패러데이의 발견은 그로부터 약 50년 후 인간의 생활 방식을 완전히 바꿔 버렸다.

 

 전자기파와 파동의 비교

 

파동은 매질을 필요로 하는 특징을 가지고 있어서 매질과 매질 사이의 연결고리, 즉 매질이 빽빽하게 밀집되어 있을수록 파동이 빠르게 전달된다는 특징을 가지고 있습니다.

 

예를 들어, 공기 중에서보다 물속에서의 소리의 속도가 훨씬 빠르게 전달되는 이유라든지, 기차가 다가오는 소리를 선로에 귀를 기울이면 훨씬 빨리 알아챌 수 있는 것도 바로 이런 파동의 성질 때문이죠.

 

하지만 전자기파는 매질이 필요 없는 파동입니다. 빛도 전자기파 중 하나이기 때문에 빽빽한 매질 속으로 빛이 들어가면, 매질 속의 빽빽한 입자가 빛의 진동을 방해해서 빛의 속도가 느려지게 됩니다.