전자기파(電磁氣波) 또는 전자기복사(電磁氣輻射, Electromagnetic radiation, EMR)는 특정 전자기적인 과정에 의해 복사되는 에너지이다.
가시광선도 전자기파에 속하며 전파, 적외선, 자외선, X선 같은 전자기파들은 우리 눈에 보이지 않는다.
전파(電波, 영어: radio waves)는 전자기파의 일종으로, 진동수 3KHz부터 3THz까지의 전자기파를 의미한다.
전파는 공기 중에서도 진공 속과 거의 같은 속도로 퍼지기 때문에, 먼 거리에서도 아주 짧은 시간에 통신이 가능하다. 이러한 성질을 이용하여 전파는 주로 라디오·지상파 텔레비전·레이다 등의 전자기파를 이용하여 신호와 정보를 보내는 무선 전기 통신에서 사용된다.
적외선(赤外線, infrared) 또는 넘빨강살은 전자기파중의 하나로 가시광선보다 파장이 길고 전자레인지에 사용하는 마이크로파보다는 파장이 짧다. 일상적으로 어둠 속에서 열을 내는 물체를 가까이 하면 피부로 온도를 느낄 수 있는데 이것이 바로 적외선이다.
적외선 (infrared) 이란 라틴어 'infra'(~아래)를 첨가한 단어로 '붉은색 아래단계' 라는 뜻이다. 즉 적외선은 붉은색 가시광선 영역(약 500~780nm) 보다 파장이 더 길다.
자외선(紫外線, ultraviolet, UV) 혹은 넘보라살[1] 은 전자기파 스펙트럼에서 보라색 띠에 인접한, 사람의 육안에는 보이지 않는 영역으로 10에서 400나노미터의 파장 영역(750THz)을 가진다. 자외선의 파장은 가시광선보다 짧고, X선보다는 길다. 자외선은 햇빛에서 나온다. 아크방전할때 만들어지기도 하고 수은등, 태닝등, 블랙라이트와 같은 장치로 만들어 낼 수 있다. 긴 파장의 자외선은 원자를 이온화 시키기에는 에너지가 부족하지만, 물질들이 화학반응을 일으키게 해서 빛을내거나 형광효가가 나도록 할 수 있다. 따라서 자외선은 생물체를 단순히 가열시킬 뿐만 아니라 체내 분자의 상호작용을 일으키기도 한다.
엑스선(-線, 영어: X-ray 엑스레이[*])는 파장이 10 ~ 0.01 나노미터이며, 주파수는 30 × 1015헤르츠에서 30 × 1018헤르츠 사이인 전자기파다. 이는 자외선보다 짧은 파장의 영역이다. 독일의 물리학자 빌헬름 콘라트 뢴트겐이 처음 발견하여 이름붙였으며, 그의 이름을 따라 뢴트겐선으로도 부르기도 한다.[1] 뢴트겐은 이 발견으로 최초의 노벨 물리학상을 수상했다. 엑스선은 투과성이 강하여 물체의 내부를 볼 수 있으므로, 의료 분야 및 비파괴 검사 등에 널리 쓰인다.
감마선(영어: gamma ray/radiation, γ선)은 전자기 복사의 강력한 형태로, 방사능 및 전자-양전자 소멸과 같은 핵과정 등에 의해 생성된다.
감마선은 전자기 스펙트럼에서 가장 높은 에너지 영역이다. 종종 10 keV, 즉 2.42 EHz 다시 말해 124 pm의 시작하는 것으로 정의된다. 참고로 10 keV에서 수백 keV에 이르는 전자기 복사는 경질X선으로 불리기도 한다. 같은 에너지를 가지는 감마선과 X선 간에는 물리적인 차이가 없다.
즉, 태양빛과 달빛이 같은 가시광선의 서로 다른 이름인 것과 마찬가지로, 감마선과 X선은 단지 같은 전자기 복사를 나타내는 두 이름일 뿐이다.
대신, 감마선은 X선과 발생에서 차이가 난다. 감마선은 원자핵 전이에 의해 생겨나는 고에너지 전자기 복사를 가리키며, X선은 가속 전자의 에너지 전이에 의해 발생하는 고에너지 전자기 복사를 가리킨다. 일부 전자 전이는 일부 원자핵 전이보다 높은 에너지를 가지는 것이 가능하며, 이는 감마선과 X선이 겹치는 이유이다.
감마선은 일종의 전리복사이며, 알파 입자나 베타 입자에 비해 투과성이 높은 반면, 이온화율은 낮다. 감마선은 X선과 마찬가지로 화상, 암, 유전자 변형과 같은 피해를 유발한다. 핵전쟁등에서 사용될 가능성이 있는 핵무기의 낙진에서 발생하는 감마선은 수많은 사상자를 유발한다. 효과적인 방사성 낙진 대피소는 1,000배가량 노출 정도를 감소시켜줄 수 있다.
고전 역학에서 전자기복사는 동시에 진동하는 전기장과 자기장으로 구성된 전자기파로 이루어진다. 또한 이들은 진공에서 빛의 속력으로 전달된다.
두 장의 진동은 서로 수직이며 진행방향에 수직이고 횡파이다.
전자기파는 진동수가 크거나 작은 순서대로 전자기파 스펙트럼을 형성하는데 여기에 라디오파, 마이크로파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선이 포함된다.
전자기파는 전하를 가진 입자가 가속될 때 생기는데, 이 전자기파는 이후에 전하를 가진 입자들과 상호작용하게 된다.
이 과정에서 전자기파는 에너지, 운동량 그리고 각운동량을 전달할 수 있다.
광자는 질량이 없지만 중력의 영향을 받는다.
전자기복사는 자신을 만들어낸 입자(혹은 전류)와 빠르게 멀어져가기 때문에 그것과 지속적인 상호작용 없이 자유롭게 공간으로 전파되는 전자기파의 집합이라고 할 수 있다.
따라서 전자기복사를 원거리장이라고 하기도 한다.
반대로 근거리장은 자신을 만들어낸 입자들 혹은 전류 주변에서의 전자기파를 가리킨다.
양자 역학에서의 전자기파는 모든 전자기적 상호작용에 관여하는 기본입자인 광자로 이루어진다.
흑체 복사나 원자에서 낮은 에너지 준위로의 양자 도약처럼 양자적 효과는 특정 전자기복사와 관련된 현상에 설명을 제공해준다.
개개 광자의 에너지는 양자화 되어있고 광자의 진동수가 클수록 에너지가 커진다.
이런 관계는 플랑크 방정식 E = hf 에 의해 주어진다.
여기서 E 는 광자의 에너지이고f 는 광자의 진동수이다. 그리고 h 는 플랑크 상수이다.
예를 들어 하나의 감마선 광자는 가시광선 광자보다 약 100,000배에 가까운 에너지를 전달한다.
생물학적 계(그리고 다른 많은 표준온도압력에서의 화학적계)에 대한 전자기복사의 효과는 복사의 일률(Power)과 진동수에 의존한다.
가시광선이나 더 파장이 큰 전자기복사의 경우 세포나 다른 물질에 가해지는 피해는 주로 일률(Power)에 의해 결정되며 이는 수많은 광자들이 합산된 에너지로부터의 가열에 의한 것이다.
반면에 자외선이나 더 에너지가 큰 전자기복사의 경우 화학적 물질이나 살아있는 세포는 단순한 가열에 의한 피해보다 더 막대한 피해를 입게된다.
높은 에너지의 광자의 경우 개개의 광자들이 분자에 직접적인 영향을 주기 때문이다.