햇빛의 물리적 특성 – 자외선, 가시광선, 적외선의 차이와 역할

우리가 맑은 날에 실외에 나가면 따뜻한 이유는 햇빛 때문입니다. 낮만 되면 우리가 항상 마주하는 햇빛! 이번 글에서는 햇빛의 물리적 특성에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.

햇빛의 구성

갑자기 날씨가 흐려져 소나기가 온 뒤 구름이 살짝 걷히고 해가 다시 뜨면 맞은편에 만들어지는 일곱 색깔 무지개를 모두 몇 번씩은 보셨을 겁니다.

햇빛을 구성하고 있는 다양한 빛 중에 우리 눈에 보이는 가시광선(Visible Light)이 공기 중의 작은 물방울들에 의해 분산(Dispersiom) 되어 빨주노초파남보 7가지 색으로 보이게 되는 것입니다.

분산은 각 빛이 파장에 따라 굴절율이 달라지면서 공간적으로 분리되는 현상인데 추 후 별도 글에서도 설명할 기회가 있을 것입니다. 이와 같이 햇빛은 한 가지 빛이 아닌 여러 가지 파장의 빛, 즉 광선으로 구성되어 있는 복합광인 것입니다.

햇빛의 파장에 따른 에너지 분포

파장에 따른 빛의 특성

가시광선

햇빛의 파장에 따른 에너지 분포를 그래프 표현하면 아래와 같은데 먼저 앞에서 무지개로 설명드린 가시광선은 우리의 누을 통해 직접 볼 수 있는 광선입니다.

보라색 빛이 380nm의 가장 짧은 파장을 가지고 있고 빨간색이 780nm로 가장 긴 파장을 가지고 있습니다. 여기서 nm는 나노미터(Nano Meter)로 10억 분의 1 미터의 크기를 말합니다.

나머지 빛들의 파장은 380nm~780nm 사이의 값을 갖게 되며 전체 햇빛 에너지의 40% 정도를 차지하나 계절이나 지구상에서의 위치에 따라 그 값은 다소 달라질 수 있습니다.

자외선

그다음 설명할 빛은 자외선(Ultra-violet Rays)인데 보라색보다 짧은 파장 즉 380nm 보다 파장이 짧은 빛을 의미합니다.

파장이 짧기 때문에 우리 눈에는 보이지 않으나 상대적으로 흡수가 매우 잘 되는데 에너지가 높아 물리적, 화학적 손상과 변형을 일으키므로 사람의 피부나 물체 표면에 아주 해롭습니다. 그래서 살균 장치에 사용되기도 합니다.

다행스럽게도 오존층에서 대부분 흡수되고 지표면에서는 전체 햇빛의 약 5% 정도의 비중으로 크게 감소합니다. 이 때문에 전 세계적으로 탄소배출을 통제하고 오존층을 보호하자는 엄청난 활동들이 있는 것입니다.

피부에 암을 유발하기도 하고 외부에 칠해진 페이트를 변색시키기도 하는 매우 위험한 빛이기 때문에 이 자외선을 차단하기 위해 많은 노력들을 하고 있는 것입니다. 선블록, 선글라스, 틴팅 등이 대표적인 자외선 차단을 위한 상품들입니다.

적외선

다음은 우리에게 좋은 일을 해주는 빛으로 알려진 적외선(Infra-red Rays)입니다.

빨간색의 파장 780nm 보다 큰 파장을 갖는 빛으로 역시 우리 눈으로 볼 수 없으며 투과율이 높고 열작용이 특징입니다. 햇빛에 가장 많이 포함되어 있는 빛으로 약 55%의 비중입니다.

숯불에 고기를 구우면 더 맛있는 이유와 찜질방이 건강이 좋은 이유 모두 투과율이 높은 적외선이 깊숙이 들어가서 열작용을 해주기 때문이며 각종 의료기기에 적외선 렘프가 많이 활용되는 것도 동일한 이유입니다.

그 외의 장파장/단파장 광선

끝으로 적외선 보다도 파장이 더 긴 광선들은 전자레인지나 라디오에 사용되는 마이크로웨이브와 라디오파가 있으며 자외선 보다 훨씬 짧은 광선은 의료 기기나 검사 장치에 사용되는 X선, 감마선 등이 있습니다.

 

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