스마트시대의 과학적 사고를 키우는 전파이야기

우리는 전파라는 말을 주위에서 흔히 듣는다. 실제로 전파를 이용한 여러 가지 기기나 장치들은 우리들이 인지하든 인지하지 못하든 이미 우리 생활 전반에 걸쳐 존재하고 있고 실생활에도 많은 도움을 주고 있다. 예를 들어 버스나 지하철을 이용하면서 스마트폰으로 통화를 하고 여러 가지 온라인 게임을 즐기며 주위의 위치정보를 검색하는 것도 모두 전파가 존재하기 때문에 가능한 일이다.

전파는 인간에 의해서 만들어지는 것도 있고 자연현상으로 만들어지는 것도 있다. 실제로 전파는 우리가 살고 있는 지구뿐만 아니라 광활한 우주공간에 가득 차 있다. 그러나 전파에 대한 실체를 알고 있는 사람은 거의 없다. 물론 모든 사람이 전파에 대하여 자세하게 알 필요는 없을 것이다. 하지만 주부이든, 학생이든, 직장인이든 현대 사회를 살아가면서 거의 매일 다양한 전파응용 기기를 사용하고 있다는 것을 생각할 때 전파에 대하여 개괄적이나마 이해를 하고자 하는 노력은 어쩌면 당연한 일인지도 모른다.

전파의 존재가 세상에 알려지게 된 것은 19세기경이다. 빛도 전자기파의 일종이다. 그리스 시대에 이미 빛은 곧게 직진한다는 성질을 알고 있었으며, 빛이 작은 알갱이로 구성되어 있다는 입자설이 예언되기도 하였다. 17세기의 유명한 물리학자 뉴턴은 빛이 입자의 성질을 가진다고 주장하였다. 그러나 동시대에 빛이 간섭과 회절이라는 성질을 가지고 있으며 따라서 빛은 파동으로 전달된다는 것이 밝혀지게 된다. 이후 19세기가 되어서야 우리들의 눈에는 보이지 않지만 빛과 같은 성질의 무엇인가가 존재한다는 것이 예언되고 실제로 실험에 의해서 발견되기에 이른다. 이 때 전자기파의 일종인 빛의 정체도 분명하게 파악되었다.

물론 이후에 현대 물리학에서 빛을 포함한 전자기파는 입자와 파동의 성질을 모두 가지고 있다는 것이 입증되었다.

그러나 전파를 설명하는 것은 그렇게 간단한 문제는 아니다. 이 책을 읽는 독자들도 전파가 눈에 보일 리 없다. 하지만 전파는 일상생활에 직접 도움이 되는 공학적인 응용에서부터 우주에서 일어나는 자연현상을 파악하는 수단으로까지 매우 다양한 분야에 활용되고 있다. 이 책에서 그러한 모든 분야를 망라한다는 것은 불가능하지만 그 중 중요하다고 생각되는 것과 흥미를 가질만한 주제에 대해서 간단한 소개와 그 원리에 대하여 설명하고자 하였다.

이 책을 읽으면 우리들이 일상에서 자연스럽게 사용하고 있는 것들 중에 얼마나 많은 분야가 전파와 관련되어 있는지 깨닫게 될 것이다. 이 책을 읽고 전파에 대한 흥미가 생긴다면 보다 전문적인 책을 읽어 볼 것을 권한다.

위에서도 언급하였듯이 전파는 19세기에 그 존재가 예언되고 20세기에 들어서 응용분야가 급속도록 발전하여 이미 전파에 대한 모든 것이 이해되었다고 생각할지도 모른다. 하지만 전파의 응용은 아직도 그 끝이 보이지 않을 만큼 넓다. 이러한 취지에서 본 책을 발간하게 되었다. 본 책은 초등학교 정도의 지식을 가진 사람이라면 누구나 읽어도 이해가 되도록 가능한 전파의 성질과 응용에 대해서 알기 쉽게 설명하고자 하였다.

제 1 장 전파는 어떻게 발견되었을까?

001 우리들 주변에도 전파가 있어? - 생활 속에도 전파가 가득

002 전기는 뭐지? -정전기를 관찰하다

003 자기는 또 뭐야? - 마그네시아의 신기한 돌

004 전장과 자장은 무얼까? - 전하와 자석이 공간의 상태를 바꾼다

005 유리 용기 안에서 신기한 빛이 발생하는 현상 - 음극선의 발견

006 전자는 어떻게 발견되었을까? - 톰슨의 실험

007 TV는 어떻게 발명되었나? - 음극선과 브라운관의 관계

008 자하는 혼자 존재하지 못한다 - 자석은 작은 자석의 집합체

009 전류는자장을 만든다 - 전기와 자기의 관계

010 지구도 하나의 큰 자석이다 - 지자기의 신기함

011 새로운 통신수단의 발명 - 전류에 의해 통신하는 전보

012 자장이 전류를 움직인다 - 전류와 전류 사이에 움직이는 힘

013 자장의 변화가 전장을 만든다 - 전자유도의 발견

014 전장과 자장의 진동이 공간을 전달한다 - 맥스웰의 전자파 예언

015 전자파의 존재를 눈으로 확인하는 순간 - 헤르츠의 실험



제 2 장 전파는 어떤 구조로 되어 있나?

001 전자파도 음파도 파동이다 -그렇다면 음파란 무엇인가

002 가장 기본적인 파동 - 정현파란 무엇인가

003 파동을 나타내는 파라미터 ① - 진폭, 주기, 주파수

004 파동을 나타내는 파라미터 ② - 파장, 파동의 속도, 위상차

005 파동의 간섭 - 서로 강해지게 하거나 서로 없애는 2개의 파동

006 파동의 회절 - 파동은 장애물의 뒤쪽으로 돌아서 간다

007 빛의 속도를 측정한다 - 목성의 위성식이 나타내는 것

008 빛이 전자파임의 증명 - 기술의 진보가 과학을 실증한다

009 전자파와 음파는 어떤 차이가 있을까? - 종파와 횡파

010 편광이란? - 전자파가 횡파라는 것의 증명

011 빛의 색과 파장의 관계 - 파장에 따른 색의 분류와 스펙트럼

012 전자파와 물질의 상호작용 ① - 전자파의 흡수와 반사

013 전자파와 물질의 상호작용 ② - 산란이 만들어 내는 하늘의 푸름

014 아침해와 석양이 빨간 이유는? - 빛의 산란에 대해서 다시 한번

015 전자파와 물질의 상호작용 ③ - 굴절이라는 현상

016 스넬의 법칙 - 굴절률의 역할

017 임계각과 전반사 - 바다 안에서 올려다본 하늘은

018 분산과 무지개 - 굴절률은 파장에 따라서도 다르다

019 다이아몬드는 왜 아름다운가? - 분산이 만들어내는 최고의 미(美)

020 분광이란? - 빛의 스펙트럼을 측정하다.

021 도플러효과란? - 빛을 이용하여 천체의 속도를 측정한다.

022 전자파도 여러 가지 종류가 있다고? - 전자파는 파장에 의해 분류된다

023 전자파는 반드시 ｢파장｣이라고만은 할 수 없다? -파장에서는 설명하기 어려운 현상, 광전효과

024 전자파는 입자로써의 성질을 갖는다 - 전자파가 연 양자의 세계

025 빛은 입자이기도 하다는 또 하나의 증거 - 밤하늘의 별은 어떻게 보이는 것일까?



제 3 장 전파는 어떻게 발생할까?

001 전자파는 어떻게 발생할까? - 싱크로트론방사

002 전자파를 만드는 공장 - 가속기에서의 싱크로트론방사

003 전자파를 만들어내는 또 다른 원리 - 제동방사

004 X선 사진은 어떤 것일까? - 최초의 노벨상

005 전자파를 방출한다 - 체렌코프방사

006 체렌코프방사로 알 수 있는 뉴트리노 - 카미오칸데가 본 초신성폭발

007 고온의 물체에서 전자파는 어떻게 될까? - 프랑크분포

008 별의 색깔로 온도를 알 수 있다? - 태양이 노란이유는?

009 원자에서 온 전자파 - 발머의 신기한 발견

010 원자의 모형은 수박모양? - 토성모형과 러더퍼드의 실험

011 원자 안에서 전자는 어떻게 움직일까? - 전자는 정해진 궤도를 돈다

012 원자에서 발생하는 전자파 - 기저상태와 여기상태

013 형광과 인광 - 형광등의 원리

014 프라운호퍼선 - 별의 대기의 원자를 탐색하다

015 원자핵에서의 전자파 - 감마선의 발생

016 분자에서의 전자파 - 분자의 진동과 회전

017 레이저의 원리 ① - 자연방출과 유도방출

018 레이저의 원리 ② - 반사분포

019 자유전자 레이저 - 우주병기로써 연구된 꿈의 빛

020 생물이 내보내는 전자파 - 생물발광과 광합성



제 4 장 전자파에는 어떤 종류가 있고, 전파는 어떻게 응용될 수 있는가?

001 파장으로 구분하는 전자파 - 전자파를 검출하는 것의 의의

002 전파란? - 파장 0.1밀리미터 이상의 전자파

003 전파를 이용한 통신 - 가시광 이상으로 가까운 전자파

004 마이크로파란? - 마이크로파 기술과 우주의 이해

005 마이크로파를 이용하는 레이더 - 군용기술의 산물

006 적외선이란? - 보이지 않는 빛이 물체를 따뜻하게 하다

007 가시광이란? - 가장 친숙한 전자파

008 빛의 물방울 - 소산파(Evanescent Wave)란?

009 빛의 한계를 넘어서면? - 주사형 광학현미경의 구조

010 자외선이란? - 화학선이라고 불리는 전자파

011 X선이란? - 의료나 재료검사에 응용

012 X선을 이용한 결정해석- 테라다 도라히코의 원통함

013 감마선이란? - 원자핵붕괴에 따른 고에너지 현상



제 5 장 우주에도 전자파가 있다고?

001 대기의 창문 - 가시광, 근적외선, 전파만을 통과시킨다

002 태양에서 오는 전자파 - 온도 6000도의 불덩어리가 전자파를 낸다

003 우주에서 오는 전파 - 파라볼라 안테나가 전파를 받는다

004 전파가 알려주는 은하계의 모습 - 은하계의 팔에서의 파장 21센티미터의 전파

005 전파 펄사의 발견 - 우주의 등대

006 우주에 가득 찬 마이크로파 - 우연히 발견된 빅뱅이론의 증거

007 우주의 끝에서 오는 적외선 - 멀어지는 은하에서의 전자파

008 블랙홀에서의 X선 - 백조자리의 특이천체

009 ｢암흑물질｣을 X선으로 본다? - 은하단의 속에 숨겨진 질량

010 우주최대의 폭발 - 감마선 버스트



제 6 장 전파는 생활속에 어떻게 활용되고 있나?

001 전자파와 우리가 살고 있는 정보화 사회 - 오늘의 정보화 사회를 지탱하는 전자파

002 정보와 디지털 기술 - 전자파에 따른 정보통신과 디지털 형식

003 CD와 광기술 - 레이저 빛이 음악을 읽는다

004 반도체 레이저 - 광기술의 주역배우

005 광통신 - 광섬유 통신의 장점

006 무선통신 - 전리층의 발견과 이용

007 위성방송 - 전리층을 이용하지 않는 무선통신

008 자동차 내비게이션 시스템 - 통신위성을 사용한 대규모 삼각측량

009 자립항법 시스템 - GPS의 약점을 극복하다

010 복사기의 원리 - 복사기술에도 사용되는 전자파

011 레이저메스 - 레이저의 정보분야 이외에서의 이용

012 의료분야에서 활용되는 마이크로파 - 전기투열(디아테르미)요법과 하이퍼서미아

013 전자파가 생물에 미치는 영향 ① - 전자파문제란

014 전자파가 생물에 미치는 영향 ② - 자외선과 오존홀



이 책에 나오는 과학자들



색인

안준오 저자 안준오는 미래전파공학연구소 소장, 공학박사. 1967년 경북 포항 출생. 1993 : 경희대학교 전자공학 학사, 1995 : 경희대학교 전자공학 석사, 2007 : 경희대학교 전파공학 박사. 경력 1995 : 포스코건설 제강엔지니어링팀 대리, 2001 : 한국전파진흥협회 팀장, 2010 : 미래전파공학연구소 소장. 저서 '최신 스펙트럼 매니지먼트'(역저), '최신 무선설비 기술규격'(편저).