전 시간에 이어 오늘은 빛의 파장에 대해 알아보겠습니다.
빛은 전자기파의 일종으로 인간의 눈으로 지각되는 색을 갖는 파장 영역을 가시광선이라 합니다. 파장의 단위는 nm(100만분의 1m)를 사용하며, 범위는 사람에 따라 다소 차이가 있으나, 대체로 380~780nm입니다.
단색광인 경우 700~610nm는 빨강, 610~590nm는 주황, 590~570nm는 노랑, 570~500nm는 초록, 500~450nm는 파랑, 450~400nm는 보라로 보입니다.
그리고 빨강보다 파장이 긴 빛을 적외선, 보라보다 파장이 짧은 빛을 자외선이라 합니다.
대기를 통해서 지상에 도달하는 태양복사의 광량은 가시광선 영역이 가장 많은데 사람의 눈의 감도가 이 부분에서 가장 높기 때문입니다.
적외선(赤外線) Infrared rays (IR)
파장(波長)이 적색 가시(可視) 광선(光線)보다 길고 열작용(作用)이 큰 전자파(電磁波)를 적외선이라고 합니다. 눈에 안보이고 공기(空氣) 중(中)의 투과력이 큰 점이 특징입니다.
물리> 파장이 가시광선보다 길며 극초단파보다 짧은 750μm~1mm의 전자기파. 눈으로는 볼 수 없고 일반적으로 공기 가운데에서 산란 되기 어려우며, 가시광선보다 투과력이 강하다. 적외선은 적외선ㆍ근적외선ㆍ원적외선으로 나눌 수 있는데, 단파장 부분에는 사진 작용ㆍ형광 작용ㆍ광전(光電) 작용이 있어, 적외선 사진이나 적외선 통신ㆍ물질 감정ㆍ의료 따위에 이용한다. 1800년에 허셀이 발견하였다.
[비슷한 말] 넘빨강살ㆍ암열선ㆍ열선2(熱線).
자외선( 紫外線) : Ultra Violet rays (UV)
파장이 엑스선보다 길고, 가시광선보다 짧은 전자기파를 의미합니다.
파장은 대략 1억분의 1cm부터 10만분의 4cm에 이르는데 자색 광선으로 눈으로 볼 수 없으며 광화학 반응을 일으키는 등의 화학 작용이나 생리적 작용이 강하고 살균 작용을 합니다.
지구에 도달하는 태양 광선 속의 자외선은 대기 중의 산소 분자에 의하여 대부분이 흡수되어 오존을 만듭니다.
상기 그림과 같이 자외선을 활용할 수 있는 곳은 무궁무진한데요.
그럼 각 파장별로 UV가 어디에 활용되는지 자세하게 알아보겠습니다. 이후부턴 물리,화학과 관련한 용어가 많이 나오는데 이런 것이 있다는 것 정도로만 아시면 되겠습니다. 너무 파고들면 머리가 깨집니다 ㅠㅠ;
태양광선에는 자외선, 가시광선, 적외선 등이 동시에 나오고 있습니다. 인류 문명이 좋은 것, 강한 것을 더 유용하게 활용하는 쪽으로 발전해 왔듯이 자외선 역시 에너지가 강한 부분, 침투력이 강한 부분을 활용하는 기술을 중심으로 발전해 왔습니다.
자외선은 태양광선 중에 약 9%가 있으며, 방전 램프(UV램프)를 통해서도 인위 생성이 가능한데, 그 원리는 방전 시 수은 원자의 최 외각 전자가 여기 되었다가 기저상태로 복귀하면서 방사하는 전자기파가 각각의 에너지 준위에 따라 1849A, 2537A, 2967A, 3650A 등의 자외선으로 나타나게 됩니다.
이 때 방사되는 각 파장의 에너지와 에너지 준위에 따른 역할이 다르며, 파장에 따른 명칭 및 용도는 다음과 같습니다.
① 오존생성과 개질
☞ 공기중의 산소 분자에 184.9nm 자외선이 조사되면 에너지 충격으로 산소 분자의 외각 전자가 여기(excited state )되어 산소분자가 반응성이 좋은 발생기 산소가 됩니다. 이 원자가 산소 분자와 결합하여 반응성이 좋은 산소가 되는데 이렇게 발생한 산소가 바로 오존입니다.
<오존 생성 반응식>
O2 + 자외선(UV) ——–> 2O*O2 + 2O* ——–> O3
오존은 산화력이 매우 강해 LCD 기판 위의 유기물과 표면 물질을 효과적으로 산화 분해하여 표면을 세정하거나, 다른 화학 구조로 개질 시켜 접촉각을 감소 시킵니다.
② 세정작용
☞ 185nm 에너지는 산소에 의해서 흡수되어 오존을 만들고 254nm에너지는 유기 물질들에 의해서 흡수되어 물질의 분자 활동을 증가 시키는데 이 때 표면에 있는 유기물의 결합 고리를 깨트려 탄산 가스와 수분으로 산화시킴으로써 표면을 세정합니다.
③ 광화학 작용
☞ 광화학 작용은 365nm와 같은 단파장 자외선에 의해 일어나는 화학반응을 말합니다. 평상 시 안정한 상태로 유지되는 모노머나 다이머에 자외선을 조사하면 광중합 반응을 일으켜 폴리머(딱딱하게 굳어짐)로 변하는데 표면 경화, 인쇄, 코팅, UV 본딩에서 사용됩니다.
④ 살균작용
☞ 살균작용은 210 – 320nm 사이에서 강하게 나타나며, 그 중에서도 250 – 260nm 자외선이 가장 살균 작용이 강합니다. 살균 효력이 가장 강한 자외선 253.7nm을 효율적으로 방사하도록 만드는 램프가 UV 살균 램프입니다. UV 살균 램프는 제약회사, 연구소, 병원 등에서 실내 공기 살균용으로 사용이되며, 식품 공업분야에서 수십 년간 이용 되어 왔으나, 최근에는 하수도, 방류수처럼 대량으로 방류하는 시스템의 최종 살균 처리에 사용되고 있습니다.
⑤ 홍반작용
☞ 피서철 야외에서 태양광에 과다하게 노출되었을 때 나타나는 현상으로 피부에 자외선이 조사되면 수시간 후에 모세 혈관이 확장(홍반)되기 시작하고 이 현상과 더불어 피부 표피 세포 변성이 일어납니다. 그래서 자외선 조사량이 많으면 피부가 까칠까칠해져 아픔을 느끼게 됩니다.
이제 UV에 대해 조금은 이해가 되셨나요?
다음 시간엔 ‘UV를 인공적으로 방사하는 램프’에 대해 알아보겠습니다.