전자기파가 공중을 전파되는 원리

전파 또는 전자기파(Electromagnetic Wave)를 설명할 때 흔히 다음과 같은 전자기파형으로 설명한다. E는 전기장이고 H는 자기장을 나타내고 E와 H가 서로 90도로 교차하며 전자기파가 진행한다.

 

 

전자기파는 패러데이 법칙과 앙페르-맥스웰 법칙으로 생성된다.

 

패러데이 법칙은 다음 그림과 같이 자기장 H가 변화하면 그 주위를 전기장 E가 생성된다. 여기서, 중요한 것은 일정한 자기장이 아니고 자기장이 변화할때 전기장이 발생한다는 것이다. 자기장이 일정할 때는 전기장이 발생하지 않는다. 이것은 초등학교때 코일 안에 자석을 넣어서 코일에 전기를 발생시키는 실험과 같은 현상이다.

 

 

앙페르-맥스웰 법칙은 앙페르가 불완전한 법칙을 먼저 발견하고 맥스웰이 이 법칙을 보완한 법칙이다. 먼저, 앙페르 법칙은 다음 그림과 같이 전류 I가 흐르면 그 주위에 자기장 H가 생상된다는 것이다. 이것은 전선에 전류가 흐를때 주위에 나침반이 움직이는 실험을 설명하는 이론이다.

 

 

앙페르-맥스웰 법칙에서 맥스웰이 보완한 이론은 다음 그림과 같이 전기장 E가 변화할 때 역시 자기장 H가 생성된다는 이론이다.

 

 

결론적으로 앙페르-맥스웰 법칙은 흐르는 전류 I와  전기장 E의 변화량의 합에 비례하는 자기장 H가 생성된다는 이론이다.

 

다음 그림과 같이 전기장 E가 시간에 따라 크기와 방향이 변한다면 앙페르-맥스웰 법칙에 의해 그 주위에 자기장 H가 생성된다. E가 변하기 때문에 H도 역시 변하고 변하는 H는 패러데이 법칙에 의해 주위에 E1을 생성한다. H가 변하기 때문에 E1 역시 변한다. E1에 의해 H1가 역시 생성되고 이런 방식으로 전기장과 자기장이 서로 교차하며 진행해나가고 이것이 전자기파 또는 전파이다. 이 포스트의 첫번째 그림은 아래 그림에서 전기장과 자기장의 단면을 나타낸 것이다. 

 

 

실제로는 전기장(또는 자기장)에 의해 유도되는 자기장(또는 전기장)은 모든 공간에 걸쳐 연속적으로 있고 이 자기장(또는 전기장)을 적분해서 전자기파형을 계산한다. 맥스웰 방정식을 풀면 전자기파의 파형을 정확하게 계산할 수 있지만 맥스웰 방정식은 매우 복잡하다.

 

☞ 맥스웰의 방정식

☞ 전자기파 방정식