260115 전자기파 스펙트럼 완전 가이드
15 Jan 2026
📡 전자기파 스펙트럼 완전 가이드
전자기파의 모든 것 - 스펙트럼부터 기계파와의 차이까지
🌈 PART 1: 전자기파 스펙트럼
⚡ 중요! 모든 전자기파의 속도는 동일
진공에서 속도
c = 3 × 10⁸ m/s (광속)
= 300,000 km/s
= 지구 둘레 7.5바퀴/초
핵심 원리:
- 전파, 마이크로파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선
- 모두 같은 속도로 이동!
- 주파수만 다름:
c = λ × f
📊 전자기파 스펙트럼 구조
주파수별 정렬 (낮음 → 높음)
전파 → 마이크로파 → 적외선 → 가시광선 → 자외선 → X선 → 감마선
파장: 긴 ←━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━→ 짧은
주파수: 낮음 ←━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━→ 높음
에너지: 낮음 ←━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━→ 높음
📋 전자기파 비교표
| 종류 | 파장 | 주파수 | 에너지 | 투과력 |
|---|---|---|---|---|
| 전파 | 1mm~100km | 3kHz~300GHz | 매우 낮음 | 낮음 |
| 마이크로파 | 1mm~1m | 300MHz~300GHz | 낮음 | 낮음 |
| 적외선 | 700nm~1mm | 300GHz~430THz | 낮음 | 낮음 |
| 가시광선 | 400~700nm | 430~750THz | 중간 | 낮음 |
| 자외선 | 10~400nm | 750THz~30PHz | 높음 | 중간 |
| X선 | 0.01~10nm | 30PHz~30EHz | 매우 높음 | 높음 |
| 감마선 | <0.01nm | >30EHz | 극도로 높음 | 매우 높음 |
1️⃣ 전파 (Radio Waves)
📻 특성
- 파장: 1mm ~ 100km (가장 김)
- 주파수: 3kHz ~ 300GHz (가장 낮음)
- 장거리 전송 가능
- 회절 능력 우수
용도
📻 방송: AM/FM 라디오, TV
📱 통신: 휴대전화, WiFi, Bluetooth
🛰️ 위성: GPS, 위성통신
🔭 천문학: 전파 망원경
2️⃣ 마이크로파 (Microwaves)
📡 특성
- 파장: 1mm ~ 1m
- 주파수: 300MHz ~ 300GHz
- 물 분자를 진동시켜 열 발생
- 직진성 강함
용도
🍽️ 가전: 전자레인지 (2.45GHz)
📡 통신: 위성통신, 레이더
🌡️ 센서: 도플러 레이더
🔬 과학: 분자 분광학
전자레인지 원리:
마이크로파 → 물 분자 회전 → 마찰열 → 음식 가열
3️⃣ 적외선 (Infrared)
🌡️ 특성
- 파장: 700nm ~ 1mm
- 주파수: 300GHz ~ 430THz
- 열 복사의 주 형태
- 인간은 열로 느낌 (볼 수 없음)
분류
- 근적외선 (NIR): 700nm ~ 1.4μm
- 중적외선 (MIR): 1.4μm ~ 3μm
- 원적외선 (FIR): 3μm ~ 1mm
용도
🌡️ 측정: 적외선 온도계, 열화상 카메라
📱 리모컨: TV, 에어컨 (940nm)
🔒 보안: PIR 센서 (7~14μm)
🏥 의료: 적외선 치료기
📷 카메라: 야간 투시경
🌌 천문학: 먼지 구름 관측
4️⃣ 가시광선 (Visible Light)
👁️ 특성
- 파장: 400 ~ 700nm
- 주파수: 430 ~ 750THz
- 인간이 볼 수 있는 유일한 전자기파
- 태양 복사의 주요 부분
색상별 파장
┌──────────────────────────────────────┐
│ 보라 파랑 초록 노랑 주황 빨강 │
│ 400nm 450nm 500nm 570nm 590nm 700nm │
│ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ │
│ 높은 에너지 ←─────────────→ 낮은 에너지│
└──────────────────────────────────────┘
용도
👁️ 시각: 인간/동물의 시각 체계
💡 조명: LED, 형광등, 백열등
📸 사진: 카메라, 이미징
📺 디스플레이: TV, 모니터
🔬 현미경: 광학 현미경
🌱 광합성: 식물 (청색, 적색)
5️⃣ 자외선 (Ultraviolet)
☀️ 특성
- 파장: 10 ~ 400nm
- 주파수: 750THz ~ 30PHz
- DNA 손상 가능
- 피부 화상, 눈 손상 위험
분류
- UV-A (장파): 315~400nm - 피부 노화
- UV-B (중파): 280~315nm - 비타민 D 합성
- UV-C (단파): 100~280nm - 강력한 살균력
용도
🦠 살균: 자외선 살균등 (254nm)
- 대장균, 디프테리아균 사멸
- COVID-19 소독
💵 위조 방지: 지폐, 신분증 확인
🔬 과학: 형광 현미경
🌞 건강: 비타민 D 합성
🔍 범죄 수사: 혈흔 검출
살균 원리:
UV-C (254nm) → DNA 이중나선 손상 → 세균 복제 불가 → 사멸
6️⃣ X선 (X-rays)
⚕️ 특성
- 파장: 0.01 ~ 10nm
- 주파수: 30PHz ~ 30EHz
- 에너지: 100 eV ~ 100 keV
- 높은 투과력 (연조직 통과, 뼈 흡수)
- 이온화 방사선
용도
🏥 의료 영상:
- X-ray 촬영, CT 스캔
- 골절 진단
- 폐 질환 검사
- 치과 촬영
💉 방사선 치료: 암 치료
✈️ 보안: 공항 수하물 검사
🔬 과학: X선 회절 (결정 구조)
🏭 산업: 비파괴 검사
🌌 천문학: X선 망원경
X선 영상 원리:
X선 발생 → 인체 투과 → 조직별 흡수율 차이
├─ 뼈: 높은 흡수 (하얀색)
├─ 근육: 중간 흡수 (회색)
└─ 공기: 낮은 흡수 (검은색)
7️⃣ 감마선 (Gamma Rays)
☢️ 특성
- 파장: < 0.01nm (원자핵보다 작음)
- 주파수: > 30EHz
- 에너지: > 100 keV
- 가장 강력한 투과력
- 가장 위험한 전자기파
- 원자핵 붕괴 시 방출
용도
🏥 암 치료:
- 감마나이프 (정밀 뇌종양)
- 방사선 치료 (암세포 파괴)
- 코발트-60 치료기
🔬 의료 영상:
- PET 스캔
- 감마 카메라
🍎 식품: 식품 살균 (장기 보존)
🏭 산업: 비파괴 검사
☢️ 원자력: 핵반응 모니터링
🌌 천문학: 감마선 버스트 관측
암 치료 원리:
감마선 집중 조사 → 암세포 DNA 파괴 → 암세포 사멸
(정상 조직 손상 최소화)
⚠️ 위험성 비교
전파, 마이크로파, 적외선, 가시광선
↓ (비이온화 방사선 - 상대적으로 안전)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
자외선
↓ (이온화 시작 - DNA 손상 가능)
X선
↓ (이온화 방사선 - 위험)
감마선
↓ (매우 위험 - 치명적)
이온화 vs 비이온화:
- 비이온화: 전자를 떼어내기에 에너지 부족
- 이온화: 전자를 떼어내 DNA 손상 가능
🔬 에너지 관계식
E = h × f = h × (c / λ)
E: 에너지 (Joules)
h: 플랑크 상수 (6.626 × 10⁻³⁴ J·s)
f: 주파수 (Hz)
c: 광속 (3 × 10⁸ m/s)
λ: 파장 (m)
결론:
- 주파수 ↑ → 에너지 ↑ → 파장 ↓
- 감마선 > X선 > UV > 가시광선 > 적외선 > 마이크로파 > 전파
🌊 PART 2: 전자기파 vs 기계파
🔑 가장 큰 차이: 매질의 필요성
⚡ 전자기파
✅ 매질 불필요!
✅ 진공에서 전파 가능!
특징:
- 전기장 + 자기장의 진동
- 매질 없이도 전파
- 우주(진공)에서도 전파
- 예: 빛, 전파, X선
🌊 기계파 (음파, 물결파)
❌ 매질 필수!
❌ 진공에서 전파 불가!
특징:
- 물질(매질)의 진동
- 반드시 매질 필요
- 진공에서 전파 불가
- 예: 소리, 물결, 지진파
🌌 우주에서의 차이
영화 vs 현실
🎬 영화 속 우주:
우주선 폭발 → "쾅!" 소리
❌ 비현실적!
(진공에서 소리 전달 안 됨)
⭐ 실제 우주:
태양 빛 → [진공] → 지구 도착
✅ 가능! (빛은 진공 전파)
폭발 소리 → [진공] → ❌
(소리는 매질 필요)
📊 전자기파 vs 기계파 비교표
| 구분 | 전자기파 | 기계파 |
|---|---|---|
| 매질 필요 | ❌ 불필요 | ✅ 필수 |
| 진공 전파 | ✅ 가능 | ❌ 불가 |
| 정의 | 전기장+자기장 진동 | 물질 진동 |
| 진동 형태 | 횡파 | 횡파/종파 |
| 속도 (진공) | 3×10⁸ m/s | 불가 |
| 속도 (공기) | 3×10⁸ m/s | 343 m/s |
| 에너지 | 전자기장 에너지 | 운동+위치 에너지 |
| 예시 | 빛, 전파, X선 | 소리, 물결, 지진 |
🌊 횡파 vs 종파
횡파 (Transverse Wave) - 전자기파는 항상 횡파
진행 방향: →→→→→→→
진동 방향: ↑
↓ ↑ ↓ ↑
↓ ↓
진행 방향 ⊥ 진동 방향
특징:
- 파동 진행 방향과 진동 방향이 수직
- 모든 전자기파는 횡파
- 예: 빛, 전파, 물결파
종파 (Longitudinal Wave) - 음파는 종파
진행 방향: →→→→→→→
진동 방향: ←→ ←→ ←→
압축 희박 압축 희박
[|||] [ ] [|||] [ ]
진행 방향 ∥ 진동 방향
특징:
- 파동 진행 방향과 진동 방향이 평행
- 압축과 희박이 교대
- 예: 소리, 지진 P파
⚡ 속도 비교
전자기파 속도
진공:
c = 3.0 × 10⁸ m/s
= 300,000 km/s
= 지구 7.5바퀴/초
매질:
- 공기: 약 3.0 × 10⁸ m/s
- 물: 약 2.25 × 10⁸ m/s (75%)
- 유리: 약 2.0 × 10⁸ m/s (67%)
음파 속도 (매질별)
┌────────────────────────────┐
│ 매질 속도 │
├────────────────────────────┤
│ 공기 (20°C) 343 m/s │
│ 물 (20°C) 1,480 m/s │
│ 바닷물 1,533 m/s │
│ 얼음 3,200 m/s │
│ 철 5,120 m/s │
│ 다이아몬드 12,000 m/s │
│ 진공 0 m/s (불가) │
└────────────────────────────┘
속도: 고체 > 액체 > 기체 > 진공(불가)
속도 비교 시각화
전자기파 in 진공: ━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 300,000,000 m/s
음파 in 다이아몬드: ━━━ 12,000 m/s
음파 in 철: ━━ 5,120 m/s
음파 in 물: ━ 1,480 m/s
음파 in 공기: ▌ 343 m/s
→ 전자기파가 약 100만 배 빠름!
🔬 왜 음파는 고체에서 더 빠를까?
원리
공기 (기체) 물 (액체) 철 (고체)
○ ○ ○ ○○ ○○ ○○ ○○○○○○○
간격 넓음 간격 좁음 간격 매우 좁음
전달 느림 전달 빠름 전달 매우 빠름
핵심 요인
- 밀도: 분자가 밀집할수록 빠름
- 탄성률: 딱딱할수록 빠름
- 응집력: 강할수록 빠름
공식:
음속 v = √(탄성률 / 밀도)
고체: 탄성률 매우 큼 → 속도 빠름
기체: 탄성률 작음 → 속도 느림
🌩️ 실생활 예시
1. 번개와 천둥의 시간차
번개 발생
↓
├─→ 빛 (전자기파) → 거의 즉시 도착 (3×10⁸ m/s)
└─→ 천둥 소리 (음파) → 늦게 도착 (343 m/s)
시간차 = 거리 / 343 m/s
예: 3초 후 천둥 소리 → 약 1km 거리
2. 수중 통신
잠수함 간 통신:
❌ 전파 통신: 물속에서 급격히 감쇠
✅ 음파 통신 (소나): 물속에서 효율적
- 물에서 공기보다 4.3배 빠름
- 장거리 전달 가능
3. 지진파 감지
지진 발생
↓
├─→ P파 (종파) → 먼저 도착 (5-8 km/s)
└─→ S파 (횡파) → 나중 도착 (3-5 km/s)
P파와 S파의 도착 시간차로 진앙지 거리 계산!
💡 핵심 요약
🌈 전자기파 스펙트럼
- 속도: 모두 광속 (3×10⁸ m/s) in 진공
- 순서: 전파 < 마이크로파 < 적외선 < 가시광선 < 자외선 < X선 < 감마선
- 에너지: 주파수에 비례 (E = h × f)
- 위험: UV 이상은 이온화 방사선 (DNA 손상)
🌊 전자기파 vs 기계파
| 항목 | 전자기파 | 기계파 |
|---|---|---|
| 매질 | ❌ 불필요 | ✅ 필수 |
| 진공 전파 | ✅ 가능 | ❌ 불가 |
| 속도 (진공) | 3×10⁸ m/s | 불가 |
| 속도 (공기) | 3×10⁸ m/s | 343 m/s |
| 예시 | 빛, 전파 | 소리, 물결 |
🎯 핵심 기억 포인트
우주(진공)에서:
- 빛은 보인다 ✅ → 전자기파
- 소리는 안 들린다 ❌ → 기계파