파동 #3 - 전자기파

 

암기하는 곳이고 너무 쉽다.

물리2와 내용이 겹치는 곳이라

여기서는 엄청 쉽게 나온다.

물론 물리2에서도 쉽게 나온다.

 

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- 전자기파 -

 

전기장과 자기장이 시간에 따라 진동하면서 공간을 퍼져 나가는 파동

그냥 쉽게 말해서

진동하는 전기장은

전자기 유도에 의해

진동하는 자기장을 만들고

그 자기장이 또 전자기 유도에 의해

진동하는 전기장을 만들고

이게 반복되면서 파동으로 퍼져나가는것이다.

자웅동체마냥 자기 혼자 알아서 퍼져나갈수 있기때문에

전자기파가 매질이 필요 없는것이다.

근데 이것도 교육과정에 문제가 있는게

전기장이 뭔지 안알려주면서

전자기장 가르칠때는 전기장이 진동한다는 헛소리를 한다.

전기장이 뭐냐면

물리2에서 배우는건데

자기장처럼 전기력이 작용하는 공간이라 생각하면 된다

자기장이 magnetic field면

전기장은 electric field다.

 

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- 전자기파의 특징 -

 

1. 전기장과 자기장의 진동 방향이 수직이고

진동 방향과 파동의 진행 방향도 수직이다.

즉 전기장, 자기장, 진행방향 모두 서로 수직인 관계이다.

 

2. 전자기파는 매질이 없어도 진행하며,

진공에서 전자기파의 속력은 약 299,792,458m/s이다.

즉 빛은 전자기파다.

 

3. 전자기파의 진공에서의 속력은 항상 일정하다.

빛은 전자기파고 빛의 진공에서의 속력은 일정하니까

진공에서의 전자기파의 속력도 일정한것이다.

 

4. 전자기파의 속력이 일정하므로

v = fλ에 의해

파장과 진동수는 반비례 관계이다. ( f ∝ 1/λ )

 

5. E = hf에 의해

전자기파의 에너지는 진동수에 비례한다. ( E ∝ f )

 

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- 전자기파의 스펙트럼 -

오른쪽으로 갈수록 파장이 짧은 전자기파이다.

이거랑 아래꺼 전부 외우시면 됩니다.

최소한 어느게 파장이 더 짧은지

각각의 전자기파는 어떻게 이용되는지

정도는 알고있어야한다.

다다음단원에 '광전효과'라는걸 할텐데 거기랑 연계된다.

 

감마(γ)선 : 원자핵이 붕괴될 때 방출되며 투과력이 매우 강함

암 치료에 이용되나 많은 양을 쬐면 인체에 해로움

 

X선 : 고속의 가속 전자를 금속에 충돌시켜서 발생

투과력이 강해 물질의 구조 분석, X선 사진, 공항의 수하물 검사에 사용된다.

 

자외선 : 화학 작용이 강하고 살균 작용을 함

식기 세척기, 집적 회로 제조 등에 사용한다.

 

가시광선 : 사람의 눈으로 감지할 수 있는 전자기파

빨간색 빛의 파장이 가장 길고, 보라색 빛의 파장이 가장 짧다.

광학용 카메라, 광통신, 영상 장치등에 사용된다.

 

적외선 : 강한 열작용을 하여 열선이라고도 하고, 복사의 형태로 진행된다.

적외선 온도계, 카메라, 야간 투시경, 리모컨 등에 사용된다.

 

마이크로파 : 파장이 1mm에서 1m까지의 전자기파로

전자레인지에서 물 분자를 진동시켜

물이 포함된 음식물을 데운다.

기상 관측용 레이더, 위성 통신, 전자레인지 등에 사용된다.

 

전파(라디오파) : 전자기파 중에서 파장이 가장 길다.

회절이 잘 되어 장애물 뒤쪽까지 도달한다.

'회절' 이라는건 물리2 내용이라 여기선 자세히 안 물을테니까

그냥 장애물이 있어도

파동이 휘어서 그 장애물을 피해갈 수 있다 정도로

알고 있으면 된다.

TV, 라디오 방송, 레이더 등에 사용된다.

 

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- 예제 -

 

문제가 너무 쉽게나와서

하나하나 물어볼 바에

자작문항으로 한번에 끝내버리겠다.

 

파장에 따른 전자기파의 스펙트럼을 나타낸 것이다.

 

1. 전자기파의 특징중 틀린 것을 모두 고르시오.

ㄱ) 전파되는데 매질이 필요하다.

ㄴ) 전기장과 자기장이 진동하면서 진행하는 파동이다.

ㄷ) 전기장의 진동방향과 진행방향은 수직이다.

ㄹ) 자기장의 진동방향과 진행방향은 평행하다.

ㅁ) 진공에서 전자기파의 속력은 A가 B보다 빠르다.

ㅂ) 전자기파의 에너지는 진동수에 비례한다.

 

ㄱ :  전자기파는 매질이 필요없다. x

ㄴ : o

ㄷ : o

ㄹ : 전기장, 자기장, 진행방향 모두 수직이다. x

ㅁ : 진공에서 전자기파의 속력은 일정하다. x

ㅂ : E = hf 이므로 비례관계가 맞다. o

 

따라서 답은 ㄱ,ㄹ,ㅁ

 

2. A ~ G까지 전자기파의 종류를 각각 채워넣으시오.

 

A : 감마선

B : X선

C : 자외선

D : 가시광선

E : 적외선

F : 마이크로파

G : 전파(라디오파)

 

3. 틀린 것을 모두 고르시오.

ㄱ) TV리모콘, 체온계 등에 쓰이는건 E이다.

ㄴ) D, E, G중 진동수가 가장 큰건 D이다.

ㄷ) 가장 에너지가 큰 전자기파는 A이다.

ㄹ) E를 사람의 눈으로 볼 수 있다.

ㅁ) 살균 작용을 하는건 C이다.

ㅂ) 암 치료에 사용되는건 B이다.

ㅅ) 위성 통신에 이용되는건 F이다.

 

ㄱ : o

ㄴ : D, E, G중 파장이 가장 짧은게 진동수가 가장 크다. o

ㄷ : 가장 에너지가 큰건 가장 진동수가 큰 감마선이다. o

ㄹ : 적외선은 가시광선이 아니기때문에 사람의 눈으로 볼 수 없다. x

ㅁ : o

ㅂ : 암 치료에 사용되는건 감마선이다. x

ㅅ : o

 

따라서 답은 ㄹ, ㅂ

 

 

내 문제에선 파장을 기준으로 나눴지만

진동수를 기준으로 나눈 스펙트럼으로도 나올 수 있다.

파장과 진동수는 반비례관계라는것만 기억하면 쉽게 풀 수 있다.

 

수능문제는 내 자작문제보다 쉽게나온다.

 

 

2021학년도 수능 1번

 

ㄱ) 파장이 C>A니까

진동수는 A>C ㄱ(x)

 

ㄴ)

X선은 감마선과 자외선 사이에 있는것이다.

ㄴ(o)

 

ㄷ)

적외선 체온계는 당연히 적외선을 측정하는 체온계일거고

적외선은 B니까 ㄷ(o)

 

따라서 답은 4번