고등학교 1~2학년 (15-17세)

물리학I 빛과 전자기파

빛은 전기장과 자기장이 서로 수직으로 진동하며 퍼져 나가는 전자기파예요. 매질이 없어도 진공에서 약 3 × 10⁸ m/s 로 나아가고, 파장에 따라 감마선부터 라디오파까지 이름이 달라져요. 우리 눈에 보이는 가시광선은 전자기파 스펙트럼 가운데 아주 좁은 일부이고, 파장이 짧을수록 광자 하나의 에너지 E = hf 가 커요. 파장 슬라이더를 움직이면 스펙트럼 위 표시가 옮겨 가며 영역의 이름과 진동수 · 광자 에너지가 바뀌고, 아래 그림에서는 파동의 촘촘함과 에너지 막대가 함께 바뀌어요.

빛은 전자기파다

💡 빛의 정체

①빛은 전기장과 자기장이 서로 수직으로 진동하며 퍼져 나가는 파동이다

②매질이 없어도 전파되어 우주 공간도 지나며, 진공에서의 속력은 c = 3 × 10⁸ m/s 다

③파장에 따라 감마선부터 라디오파까지 이름이 달라진다

④우리 눈에 보이는 가시광선은 전자기파 가운데 아주 좁은 일부다

전자기파 스펙트럼

파장 λ550 nm

🌈 가시광선의 범위

①가시광선은 380 nm(보라)에서 780 nm(빨강)까지다

②보라색 빛은 파장이 짧아 광자 에너지가 크고, 빨간색 빛은 파장이 길어 에너지가 작다

③자외선은 가시광선보다 에너지가 커서 피부를 태운다

④적외선은 리모컨과 열화상 카메라에 쓰인다

⑤스펙트럼은 로그 눈금이라, 같은 길이가 같은 배수를 뜻한다

정리

전자기파 종류별 특징

감마선

원자핵 반응에서 나오며, 의료 기구 살균에 쓰인다

λ < 0.01 nm

X선

물질을 잘 뚫고 지나가 뼈 사진에 쓰인다

0.01 ~ 10 nm

자외선

살균, 피부 화상, 비타민 D 합성

10 ~ 380 nm

가시광선

사람의 눈이 느낄 수 있는 유일한 영역

380 ~ 780 nm

적외선

열을 전하며, 리모컨과 열화상 카메라에 쓰인다

780 nm ~ 0.1 mm

마이크로파

전자레인지와 통신

0.1 mm ~ 10 cm

라디오파

텔레비전 · 라디오 방송과 휴대전화 통신

> 10 cm

광자의 에너지 E = hf

광자의 에너지

E = hf = hcλ

h = 6.63 × 10⁻³⁴ J·s, c = 3 × 10⁸ m/s

✨ 빛의 이중성

①빛은 간섭과 회절을 보이는 파동이면서, 광전 효과를 일으키는 입자이기도 하다

②광전 효과는 금속에 빛을 비추면 전자가 튀어나오는 현상이다

③진동수가 문턱 진동수보다 작으면 아무리 센 빛을 비춰도 전자가 나오지 않는다

④빛이 hf 만큼의 에너지 덩어리, 곧 광자로 작용하기 때문이다

⑤아인슈타인은 광전 효과를 설명한 공로로 1921 년 노벨 물리학상을 받았다

예제

예제 1

진공에서 진동수 5×10¹⁴ Hz인 빛의 파장은? (c = 3×10⁸ m/s)

c = fλ 에서 λ = c/f 다.

λ = cf

c = 3 × 10⁸, f = 5 × 10¹⁴ 을 넣는다.

λ = 3×10⁸5×10¹⁴ = 6×10^-7 m

▸ 6×10⁻⁷ m (600 nm)

진공에서 빛의 속력은 c 로 일정하므로 λ = c/f 로 파장을 구한다. 600 nm 는 주황색 빛이다.

예제 2

두 빛 A(자외선)와 B(적외선) 중 광자 에너지가 더 큰 것과 그 이유는?

광자 에너지는 E = hf 라서 진동수가 클수록 크다.

E = hf

c = fλ 에서 파장이 짧은 자외선이 적외선보다 진동수가 크다.

λ_UV < λ_IR ⇒ f_UV > f_IR ⇒ E_UV > E_IR

▸ A (자외선) 의 에너지가 더 크다

파장이 짧을수록 진동수와 광자 에너지가 커진다. 자외선과 X선이 몸에 해로운 까닭이다.

정리

속력

c = fλ

진공에서 3 × 10⁸ m/s

에너지

E = hf

광자 하나의 에너지

수능 유형 변형

다음 전자기파를 파장이 긴 것부터 짧은 순서로 옳게 나열한 것은?

①전파 > 적외선 > 가시광선 > X선

②X선 > 가시광선 > 적외선 > 전파

③가시광선 > 적외선 > 전파 > X선

④적외선 > 전파 > X선 > 가시광선

⑤전파 > 가시광선 > 적외선 > X선

▸ ① 전파 > 적외선 > 가시광선 > X선

파장이 긴 것부터 전파 > 마이크로파 > 적외선 > 가시광선 > 자외선 > X선 > 감마선 순이다.

전파(긴 λ) → 감마선(짧은 λ)

주어진 네 가지를 이 순서로 늘어놓으면 ① 이다.

전파 > 적외선 > 가시광선 > X선

🎯 시험 포인트

①모든 전자기파는 진공에서 같은 속력 c = 3 × 10⁸ m/s 로 나아간다

②파장이 짧을수록 진동수와 광자 에너지가 크고, 감마선이 가장 크다

③가시광선은 380 nm(보라)에서 780 nm(빨강)까지다

④간섭과 회절은 파동성의, 광전 효과는 입자성의 증거다

⑤광전자의 최대 운동 에너지는 Ek = hf − W 이고, W 는 금속의 일함수다

← 이전

파동의 성질

전반사와 광통신

마지막 수정 2026-10-17

이 페이지가 도움 됐다면 후원하기