성기홍 전 김해교육장
빛은 주로 광학적 현상과 전자기학적 프로세스를 통해 설명된다. 빛은 전자기파의 한 형태로 자기파는 전자기장과 자기장이 진동하는 일련의 파동으로 이루어져, 다양한 파장과 주파수를 가지고 있으며 진공이나 다양한 매질을 통과할 수 있다. 물체 내의 원자나 분자가 특정 에너지 수준으로부터 에너지를 흡수하고, 그 에너지를 방출함으로써 빛을 발생시킬 수 있다. 이것이 빛의 발광 및 흡수 메커니즘이다. 빛이 표면에 부딪히면 일부는 반사되고 일부는 굴절된다. 반사는 빛이 표면에서 튕겨져 나가는 것을 나타내며, 굴절은 빛이 표면을 통과해 방향이 바뀌는 것을 나타낸다.
빛은 파동이자 입자의 특성을 가진 광자(빛의 입자)라는 양자체로서 진공에서 약 29만9792km/s(또는 186,282 마일/초)의 속도로 움직인다. 빛이 파동의 성질을 가지는 것은 간섭 및 회절과 같은 현상으로 설명할 수 있다. 또 빛은 광자라는 입자라는 것은 광전효과와 같은 현상을 설명할 때 사용된다. 빛의 성질은 물리학, 광학, 전자공학 등 다양한 분야에서 연구되고 응용되며, 빛은 일상생활에서 커뮤니케이션, 조명, 센싱 및 과학 연구 등에 핵심적인 역할을 한다.
파장과 에너지는 전자기파의 기본적인 특성을 설명하는 데 사용된다. 파장(λ)은 전자기파의 한 주기에서 다음 주기까지의 거리를 나타낸다. 일반적으로 파장은 빛이나 다른 전자기파의 길이로 표현된다. 파장이 짧을수록 더 높은 에너지를 가진 것으로 간주된다. 빛의 파장은 다양한 색상을 생성한다. 빛의 색상은 파장에 따라 다르게 나타나며, 가시광선 범위 내의 파장은 빨강에서 파랑까지 다양하다. 빛은 광자라는 입자의 특성도 가지고 있기 때문에 높은 에너지의 빛은 더 많은 광자를 포함하며, 낮은 에너지의 빛은 적은 수의 광자를 가진다.
광선은 주로 파장(또는 주파수), 에너지, 출발 지점 등에 따라 다양한 방식으로 분류된다. 가시광선 이상의 짧은 파장을 갖는 광선으로, 약 10나노미터에서 380나노미터 사이의 파장은 자외선(Ultraviolet)이라고 부르며, 750나노미터에서 1밀리미터 이상의 범위의 가긴 파장을 갖는 광선은 적외선(Infrared)이라고 칭한다. 그리고 자외선과 감마선과 같이 높은 에너지를 갖는 광선을 고에너지 광선이라고 하며, 라디오파와 적외선 중 일부가 저에너지 광선에 해당된다.
인간의 눈은 다양한 파장의 빛을 감지하고 뇌는 이를 다양한 색상으로 해석한다. 가시광선(Visible Light)은 인간이 눈으로 볼 수 있는 전자기파의 일부를 나타낸다. 가시광선은 일상에서 우리가 보는 모든 색상의 근원이며, 자연의 빛과 인공적인 광원에서 발생하는 빛이 이 범위에 속한다. 빛의 색상은 주로 빛의 파장에 따라 결정된다. 가시 스펙트럼에서 짧은 파장은 파란색이나 보라색과 같은 높은 에너지를 나타내고, 긴 파장은 빨간색과 같은 낮은 에너지를 나타낸다. 또 가시광선은 광학 및 광전자학 분야에서 중요한 개념으로 다뤄지며, 색상의 표현과 이해에 큰 영향을 미친다. 가시광선 중에서 빨간색(Red)은 약 620~750나노미터의 파장이며, 주황색(Orange)은 약 590~620나노미터, 노란색(Yellow)은 약 570~590나노미터, 초록색(Green)은 약 495~570나노미터, 파란색(Blue)은 약 450~495나노미터, 남색(Indigo)은 약 435~450나노미터, 보라색(Violet)은 약 380~435나노미터를 가지는 파장이며 햇빛을 프리즘을 통과시키면 위의 일곱 가지의 색깔로 나누어지며, 비온 날 하늘에 생기는 무지개는 태양광이 공기에 굴절돼 나타나는 스펙트럼 이다.
또 광전자학적 특성에 따른 분류로는 전기장과 자기장이 동일한 평면에서 진행되는 광선인 일평면파와 진행 방향에 따라 한 방향으로 편향된 광선인 편광광선으로 분류할 수 있으며, 광선의 특성과 사용 목적에 따라 다양하게 적용된다. 광선의 특성과 분류를 이해하면 광학, 통신, 의학, 화학 등 다양한 분야에서 광선을 효과적으로 다룰 수 있다.
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