교류전류를 써서 전파를 어떻게 만들 수 있어?
다른 부품은 치우고 유도기랑 회로를 하나 더 달면 이런 모식도로 볼 수 있어
오른쪽 회로는 양 끝이 끊어져서 일종의 축전기로도 볼 수 있고, 이게 실질적인 안테나지
유도기끼리 맞닿게 한 건 변압기라고 보면 되려나?
맞아, 전원에 연결된 유도기에선 반박자 느리게 전류가 흐르면서 유도자기장이 생기고
이 유도자기장의 변화가 오른쪽 회로의 유도기에 기전력을 유도하지
유도되는 기전력은 자기장에 또 반박자 느리게 생길테니 원래 전원이랑 위상이 같을거고
기전력에 따라 안테나의 양 끝에 전하가 번갈아가면서 쌓이겠구나
저 "양 끝에 전하가 쌓인 구조"를 전기-쌍극자라고 부르고
쌍극자 간의 길이에 비해 거리가 아주 멀면 거리의 세제곱에 반비례하는 전기장이 생기지
여기까진 이해가 가네, 그런데 저 전기쌍극자랑 전파가 무슨 관계가 있어?
쌍극자로부터 특정 거리만큼 떨어진 지점에서의 전기장을 생각하는 대신
쌍극자의 기점으로부터 특정 거리만큼 떨어진 지점으로 나아가는 파장을 생각해봐
안테나에 쌓이는 전하가 시간에 대한 사인함수라는 건
곧 안테나-쌍극자가 만드는 전기장이 시간에 대한 사인함수라는 뜻이지
하지만 기점에서 퍼져나가는 파장은 거리의 제곱에 반비례하잖아
전기장의 크기는 거리의 세제곱에 반비례하는데, 이걸 그대로 함수화하는게 가능해?
전기장의 전체 크기를 나타내는게 파장의 세제곱에 반비례하니
거리에 따른 전기장의 함수를 생각하면 거리 값이 하나 빠질 수 있지
그러니까 E(t) = Em sin(kx-ωt) 로서 R값에 해당하는 x를 함수 안에 하나 집어넣으면 되는구나!
여기에 전기장과 자기장이 수직 방향으로 서로를 유도하는 걸 집어넣으면
방금 말한 전기장 파동에 수직하는 방향으로 B(t) = Bm sin(kx-ωt)의 자기장 파동이 생기는 걸 알 수 있고
전기쌍극자로부터 생기는 교류전하의 진동을
쌍극자 지점에서 생기는 전기장과 자기장의 파동으로 나타낼 수 있다니, 놀랍네
그리고 저 전자기 파동에서 파장과 주파수의 비율, 그러니까 ω/k 값은 항상 일정한게 알려져있지
....설마 내가 생각하고 있는 그거야? 빛의 속도?
정답! 다시말해 모든 전자기파는 빛의 속도로 진행하는 파동이라고 할 수 있어
이전에 전기랑 자기에 대해 공부할 때 배운 두 상수, ε0랑 μ0을 기억하지?
설마 그 두 상수 역시 빛의 속도랑 관련이 있는거야?
전기랑 자기 중에서 먼저 발견되고 정립된게 전기 쪽이기에
함수 B(t)는 E(t)의 편미분 형식으로 표기가 되고, 이 과정에서 저 두 상수의 곱이 등장해
전기 쪽은 시간에 대해 미분하니 ω가 밖으로 나오고, 자기 쪽은 거리에 대해 미분하니 k가 밖으로 나오네
한쪽으로 몰아주면 k/ω = √ε0μ0으로 정리가 되지
두 상수를 곱하면 광속의 제곱의 역수가 된다니....지금껏 눈치채지 못했어
마지막으로 저 비율을 전기장-자기장 미분식에 한번 더 대입하면
Em = ω/k * Bm이라는 결과가 나오게 되서 전기장과 자기장의 진폭 비율이 광속이랑 같다는 결론이 도출돼
전자기파를 대부분 전기 신호로서 주고받는 이유가 이거 때문이었어?
아무래도 먼저 발견된게 전기 쪽이기도 하거니와
이후에 발견된 자기 쪽을 전기에 맞춰서 상수를 만들다 보니 발생한 결과지만
히요리가 소중히 하는 와이파이는 실제로 엄청난 기술의 결과물이었구나
거기서 파장을 조금만 더 줄이면 더 소중한게 나오지
더 소중한 거.....?
앞서 말했듯이 전자기파는 빛의 속도로 이동하는 파동이야
이 파동의 파장이 충분히 줄어들어서 눈이 인식할 수 있을 정도로 짧아지면 그걸 가시광선이라고 부르지
엄청난 고주파 교류를 안테나에 흘리면, 빛이 나온다고....?
실제로는 그만한 주파수에 도달하기 전에 누전이 되서 전류가 흐르지만, 맞아
그리고 그 빛을 이용한 가장 아름답고 소중한 걸 공주님이 갖고 있지
카메라였구나
다음 괴문서에서는 드디어 카메라 등장이다!
