추운 겨울이나 쌀쌀한 날 비치는 햇볕은 우리의 몸과 마음에 따뜻함을 선사합니다 얼어붙었던 몸은 녹아지고 신체도 이완되어서 활동하기 좋은 상태가 됩니다 우리는 모든 빛 자체에 이러한 따뜻한 성질이 있다고 느끼지만 사실은 빛 중에서도 적외선의 특성 때문에 이러한 따뜻함을 느낀다고 합니다 만약 햇빛에서 적외선을 제거한다면 우리의 피부는 따뜻함을 느끼지 못할 것입니다 이러한 이유로 적외선을 열선이라도 합니다 그러나 적외선은 가시광선처럼 우리 눈으로 볼 수가 없고 피부의 촉감으로 느낄 수가 있습니다 우리를 따뜻하게해주는 적외선의 발견과 특징, 종류, 활용분야에 대해서 알아보겠습니다
적외선의 발견
적외선은 1800년 허셀이 분광기를 통해 나누어지는 빛의 스펙트럼을 실험하던 중 빨간빛 밖에 놓아둔 온도계의 눈금이 올라가는 것을 보고 보이지는 않으나 온도를 높이는 또 다른 빛이 있음을 알고 연구하여 적외선 파장을 알게 되었다고 합니다 적외선이라는 이름과 같이 빨간색 외의 빛이라는 뜻이고 영어로는 infra와 red가 합쳐진 빨간색 아래의 빛이라는 뜻입니다
적외선의 특징
●열을 내는 원인
적외선은 무지개 스펙트럼 빨강색의 안 쪽에 위치하는 파장인데 열을 내는 특징을 가지고 있습니다
가시광선과 자외선은 파장이 짧고 에너지가 강해서 물질에 흡수되지않고 거의 대부분 반사되기때문에 열을 내는 성질이 약하지만 적외선은 파장이 크고 에너지가 약해 물질에 잘 흡수되므로 물질의 온도를 높여줍니다
물질이 열을 내는 원인은 분자운동으로 인해서인데 어떤 물체가 가지고 있는 고유진동수에 이와 일치하는 진동수와 합해질 때 더 큰 진동이 만들어져서 열을 내게 된다고 합니다 우리들 주변의 대부분의 물질은 적외선의 진동수와 거의 같다고 합니다 그래서 이들 물질에 적외선이 흡수될 때 물질은 아주 활발한 분자운동에 의해서 온도가 올라가는 것입니다
● 모든 물체는 절대 영도(-273 ºC)이상의 온도를 가지고있으며 그 온도에 따라서 적외선을 방출한다고 합니다
●인체의 온도인 36 ºC에서 방사되는 파장은 9.7㎛로 원적외선에 해당한다고 합니다
● 우리 몸을 구성하는 분자는 쉴새없이 운동을하는데 이러한 운동은 우리 몸의 파장을 생성하고 우리 인체와 유사한 파장이 인체의 내부에 흡수되면 공명작용이 일어나 원자간의 운동이 더욱 활발해져 운동에너지가 열에너지로 전환되면서 인체 심부까지 체온이 상승하게되며 혈액이 원활하게 순환하게됩니다
적외선은 파장이 길기 때문에 투과력이 좋아서 인체의 피부 속 4~5cm까지 침투하여 세포를 1분에 2000번 이상 미세하게 흔들어주기 때문에 체내 온도를 높여주며 혈액순환이 활발하게 되게 하므로 신진대사에 좋을뿐더러 세포의 재생력까지 높여준다고 합니다
●독특한 반사작용
적외선은 다른 파장에 비해서 흡수량이 많지만 물질에 닿았을 때 재료의 구조와 성질, 또한 온도에 따라서 반사작용도 일어나기에 이러한 특성을 이용해서 물질을 분석, 탐사하는 데 사용합니다
●물질에 따라 투과성이 다르므로 어떤 물질에 투과된 적외선은 물질의 내부를 관찰하는데 활용됩니다
●대기 중에서의 산란작용이 가시광선보다 적습니다
적외선의 종류
적외선은 1㎛~1mm 사이의 전자기 파장으로 빨간색 파장에서 가장 가까운 근적외선과 중적외선, 빨간색에서 멀리 떨어져 있는 원적외선으로 나뉩니다
적외선의 활용
적외선은 우리 일상생활에서 널리 이용되고 있습니다
●원격탐사
원격탐사는 멀리 떨어져 있는 관측대상물을 직접적인 접촉 없이 카메라나 스캐너를 이용하여 정보를 수집하는 방법입니다 적외선 파장은 재료의 성질과 구조, 온도에 에 따라 반사율과 반사작용이 다르기 때문에 이러한 특성을 이용해서 데이터를 수집한다고 합니다
●의료
의료의 여러 분야에서 널리 활용되는데 인체에서 방출되는 적외선을 이미지화시켜 체온의 변화를 체크하거나 인체에서의 열이 나타내는 패턴이나 손실된 곳을 체크하여 병을 조기에 발견하기도 하며 상처를 치유하거나 통증을 완화시키기도 합니다
●통신
적외선은 가시광선보다 파장이 길어서 공기 중의 미립자들을 쉽게 통과하기 때문에 케이블이 없는 무선통신에 많이 이용된다고 합니다 과거에는 봉수대라 불리던 곳에서 불과 연기를 이용하여 무선으로 정보를 아주 초보적인 방법으로 전달하였지만 현대는 빛의 감추어진 속성을 발견하게 되어 빛이라는 매개로 아주 첨예하게 정보를 전달하고 있습니다
그러나 적외선 통신은 근거리에서만 가능하다고 합니다 그러나 데이터의 보안유지에 유리하고 전력소모가 적으며 기기의 구조가 간단해서 대량생산을 할 수 있다고 합니다 우리 생활 주변에서 쉽게 볼 수 있는 적외선 기기는 리모컨인데 리모컨의 작동 방식은 진자식 발진기를 통해서 주파수를 발생시키고 신호를 생성하며 이렇게 발생된 주파수는 리모컨의 앞 쪽의 LED로 방출되고 LED는 생성된 전기에너지를 빛으로 변환하여 방출됩니다 이외에도 휴대전화, 노트북, 디지털카메라 등에 사용되며 기업용 무선 인터넷 공유기나 네트워크 허브, 프린터등에도 쓰입니다
●열화상카메라
모든 분자는 적외선을 방출하거나 흡수하는며 또한 모든 물체는 절대 영도(-273 ºC) 이상의 온도를 가지고 있으면 가지고 있는 온도에 따라서 적외선을 방출한다고 합니다 열화상카메라는 이러한 원리를 이용하여 열을 내는 적외선을 감지하여 열분포를 이미지화시킵니다
열화상카메라의 작동 방식은 먼저 적외선 파장을 이미지 센서에 집중시키고 적외선 파장이 열감지 소자에 닿으면 온도가 올라갑니다 이 데이터를 디지털로 변환하고 이미지화시키는 방식입니다
열화상카메라를 통하여서 인체의 이상고온현상이나 이상발열을 감지할 수 있으며 산업구조물의 열손실등을 분석할 수 있습니다 보통 열화상카메라는 해상도가 낮은데 그 이유는 적외선은 가시광선보다 파장이 크기 때문에 빛을 받아들이는 센서가 커야 된다고 합니다 그래서 한정된 수의 센서를 사용해야 하기 때문에 해상도가 낮을 수밖에 없다고 합니다
●소방; 화재를 진화할 때 연기 등에 가려서 불을 감지할 수 없을 때 적외선을 이용합니다
●보안; 야간에도 적외선카메라는 열을 감지할 수 있기에 보안카메라에 유용하게 사용할 수 있습니다
●천체연구; 천문학자들은 천체를 연구하기 위하여 적외선을 활용하는데 특히 가시광선을 전혀 방출하지 않는 천체를 연구하는데 활용한다고 합니다
●재료분석
모든 분자는 적외선을 흡수하거나 방출하므로 이러한 특성을 이용하여 물질의 화학적인 구성이나 구조등을 탐색할 수 있습니다
●산업검사(비파괴검사)
제조물등을 파괴하거나 분해하지 않고 적외선을 이용하여 과열현상이나 기계적인 결함등을 검사할 수 있습니다
●건물준공검사에 이용합니다
●난방기구 등에 이용합니다
여러가지 빛 중에서도 우리들에게 따뜻함을 느끼게해주는 적외선에 대해서 알아보았습니다 앞으로도 많은 기술들이 개발되어서 천연적으로 생성되는 에너지를 잘 활용하였으면좋겠습니다