3주 태초에 빛이 있으라 하시니

빛의 본질은 무엇일까.

고전 물리학적 입장의 빛의 정체

전기와 자기력에 의해서 빛을 알게되었다.

맥스웰이 전자기이론에 의해서 완성되었다.

맥스웰방정식

빛은 전자기파로, 파동임을 알 수 있게 되었다.

전기와 자기 각각을 연구하다 두현상의 관련성에 대해 연구

최종적으로,

빛이 있어야만 한다는 결론이 나옴!

맥스웰을 빛을 고전물리학

↓맥스웰 방정식↓

빛이 없는 것이 어두움

어둠 + x = 빛

빛의 본질에 대한 이론

- 우리 눈에 도달하여 시신경을 자극

- 이 자극이 뇌로 전달되어 빛이 있음을 인식

※ 에너지 전달방법 2가지 이론

1. 입자에 의한 전달

2. 파동에 의한 전달

* 입자 : 직접 에너지를 전달, 정확한 경로를 따라 전달

* 파동 : 간접 에너지로 전달(에너지가 전달 이후에도 매질은 남아있음),

사방으로 퍼짐, 

입자는 공자체가 이동해 남아있지 않음

파동은 공기가 에너지전달해도 그대로 남아 있음

그러면 빛은 입자인가 파동인가?

- 입자설 : 빛은 눈에 보이지 않는 작은 입자들이다.(뉴턴)

- 파동설  : 빛은 우주공간 어느 곳이나 전달가능,

우주공간 모든 곳이 에테르(빛의 매질)로 가득차있다.

토마스 영이 이중슬릿 실험에 빛이 파동이라고 결과가 나옴

이로인해 맥스웰이

전기이론을 정립함!

빛은 전기와 자기가 같은 형상이다.

물리학의 발전과전

다양한 현상의 통합적 설명을 위해 노력 → 통합된 이론의 발견

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전기

전기의 특성

근대 이전 사람들의 전기에 대한 경험

* 정전기 현상 : 움지기지 않는 현상

정전기는

전기를 띄는 입자들이 움직이는 것이다.

번개와 같은 현상이다.

※ 프랭클린 ※

전기 2가지가 있다. +,-극이 있다는 것을 알아냄

같은 극은 서로 밀고

다른 극은 서로 잡아당긴다.

★ 중력과 전기의 차이점과 공통점

공동점 : 잡아당기는 현상

차이점 : 중력은 무조건 잡아당기지만,

전기는 극에 따라 밀고 잡아당긴다.

★ 전기적 특징 = 전하

밀도, 강도, 크기, 질량, 색상

전하는

1. 부호가 있고

2. 양, 크기의 개념도 있다.(단위 : 쿨롱)

원자 = 전자(-성질) + 원자핵[양성자(+성질)+중성자]

원자를 이룰 때 똑같은 크기, 똑같은 개수를 갖고 있다.

※ 따라서, 원자는 전기적으로 중성이다.

이유는 전하와 양전하의 양이 같기 때문이다.

이로인해 전기현상을 일상에서 느낄 수 없는 것이다.

※ 이온

전자와 양성자 간 개수 차가 생기기도 함

양성자가 많은 것을 양이온

양성자가 전자보다 적어 음이온이라고 한다.

하지만 일상에서 일어나는 거의 모든 것이

전기력에 의해서 일어난다.(TV, 컴퓨터, 휴대폰, 전화)

※ 전기력

원자사이에 엄청난 힘이 작용하고 있는 것!

그래서 우리가 원자로 이루어줬지만, 몸이 벽이나 땅을 뚫지 못하는 것이다.

전기장

전기력과 중력의 공통점

* 거리에 반비례

* 아무리 멀리 있어도 힘이 작용

Q1. 멀리도 떨어진 두 개의 전자는 어떻게 힘을 미치는 것인가?

A1. 원격작용

패러데이라는 물리학자가 장(Field)라는 개념을 제안함

태양이 지구를 잡아당기는 힘을 단계적으로 구분하자!

중력을 매개로 하는 중력장이 있다.

※ 마이클 패러데이(1792~1867)

1. 유도전류 발견(발전기의 원리)

2. 장(Field)의 개념 도입

Q2. 일상생활에서 사용하는 전기와 무슨관계가 있는가?

A2. 전류(electric current), 발전기 모든 원리가 전기다.

전류는 어떻게 흐르는가?

도선을 따라 전류가 흐른다. 금속으로 이루어졌는데, 그속에는 자유전자가 존재한다.

건전지는 금속의 도선을 따라 전기장을 만들어줌. 화살표가 있다.

그래서 전지에는 +단자 -단자가 있는 것이다.

번개란 무엇인가?

번개(Lighting)

대기의 전기장에 축적된 전기에너지가 일시에 방출되는 현상

번개치는 날

먹구름, 비오는 날, 습기

중력에 의해서 음전하는 아래로, 양전하는 위로되는데 상승기류에 의해서

동시에 떨어져야 되는데 양전하를 띈 입자들은 위로, 무거운 음전하는 밑으로

내려가면서 분리되면서, 번개가 발생한다.

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자기

자석에서 일어나는 현상

N극, S극

같은 극은 밀고, 다른 극은 잡아당긴다.

전기는 대부분 입자가 한 종류의 전하

모든 자석이 N극과 S극과 같이 가짐(자기홀극이 없음)

지구는 거대한 자석이다.

자석은 N극이 북쪽을 가르키고, S극이 남쪽을 가르킨다.

현재 지구는 북극이 S극, 남극 N극

※ 전기와 자기의 관련성

전류가 흐르는 도선위체 나침반이 바뀌는 것을 보고

관련성이 있다는 것을 알게 되었다.

전기장이 자기장에 영향을 주었는 것을 유추할 수 있다.

또한,

자기현상에 의해서도 전기가 생긴다.

자석의 움직임만으로 전기를 생성(발전기의 원리 - 유도전류)

전류가 흐른다.

도선 안의 전자가 힘을 받아 움직인

자석이 움직이면 주변에 전기장이 형성된다.

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잔자기파와 맥스웰 방정식

전하가 무수히 많은 전기력선들이 우주공간 전체로 뻗어나가고 있음

전하가 이리저리 움직일 때마다 전기력선도 이리저리 출렁인다.

전하를 흔들면 전기력선이 출렁이며 파동이 형성된다.

정리하자면

1. 전하가 움직이면 전류가 생성되며 자기장이 생성

2. 전하의 운동방향이 바뀌면,

전기장과 자기장의 방향이 바뀌면서 파동이 퍼진다.

그것을 우리는

전자기파가 라고한다.

※ 전자기파란?

전하의 위치 변화로 전기장과 자기장의 변화로

만들어지는 파동

전하의 흔드는 속도에 따라

전자기파의 진동속도가 결정됨

진동수(주파수) : 초당 진동하는 횟수

진동수의 단위 : Hz(헤르츠)

★ 전자기파의 이동속도

초속 300,000km = 빛의 속도

가시광선 또한 전자기파에 해당된다.

400~790THz = 가시광선

눈에 들어오면 시신경을 자극 뇌에서 빛이 들어왔다고 인식

자외선 790THz보다 높은 전자기파

적외선 400hz보다 낮은 전자기파

자외선보다 높은 전자기파 방사능

x선은 자외선 보다 높은 파장

y(감마)선은 x선보다 높은 파장

적외선보다 낮은 전자기파 마이크로파

전자레인지, 라디오, 전자기기 등에 사용한다.

※ 세포를 파괴하는 광선은 방사능이다.

적외선은 세포를 따뜻하게 자극하는 것이다.

※ 1864년 맥스웰 전자기 이론

'전자기 현상'을 증명

전기와 자기 존재를 알았다.

전자기장 존재

전자기장의 움직을 통해

전자기파가 생성되어 빛이 나온다.

일상의 모든 일에 설명이 가능

맥스월의 이론에 의하면 전자기파는 파동이므로,

매질이 필요하고,

빛은 우주 어느 곳이든 지나갈 수 있음

따라서 빛의 매질(에테르)이 우주 어디에나 있어야 한다.

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고전물리학과 세계관의 변화

과학혁명 이후 우주 속 '인간 지위' 변화

1. 드넓은 우주 속에서 인간이 한없이 작아짐.

2. 반대로 인간은 세상의 원리를 다 이해할 수 있게 됨

(합리적인 세계관)

※ 계몽주의 확산에 기여 ※

인과론, 결정론적, 기계론 적 세계관

18세기 라플라스 프로그램을 제안

* 자연 모든 현상을 뉴턴의 방법에 의해

수학적으로 설명하기 위한 프로젝트

*물리학의 성공사례

뉴턴

1. 핼리혜성을 재 관측 예측

2. 지구의 질량 측정

3. 혜왕성의 존재 예측 및 검증

4. 달, 화성 등의 태양계 여행

5. 한치 오차 없이 움직이는 인공위성, 비행기, 미사일 궤도

6. 초고층 빌딩, 다리

7. 스포츠 과학화(수영전신슈트)

8. 고대 역사의 복원