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[궁금한S] 전파를 이용한 무선통신기술의 탄생 / YTN 사이언스

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[앵커]
과학에 대한 모든 궁금증을 풀어주는 (궁금한 S) 시간입니다. 우리가 흔히 사용하는 전화나 인터넷, TV 방송 같은 무선통신은 전파의 특성을 이용하는데요. 인류는 어떻게 전파를 발견했을까요? 그 놀라운 발견을 지금 바로 화면으로 만나보시죠.

[이효종 / 과학 유튜버]
안녕하세요! 과학의 모든 궁금증을 해결하는 궁금한 S의 이효종입니다. 궁금한 S와 함께할 오늘의 이야기 만나볼게요.

현대인의 삶에 없어서는 안 될 필수품이 있죠? 바로 스마트폰입니다.

스마트폰을 통해 우리는 문자나 동영상을 수신하고, 먼 거리에 있는 사람과 전화를 할 수도 있습니다. 이처럼 무선통신의 발달은 현대를 살아가는 삶의 질을 풍요롭게 해줄 뿐만 아니라 앞으로 도래할 4차 산업혁명에서도, 없어서는 안 될 중요한 요소 중 하나라고 할 수 있어요.

그런데 이러한 통신기술과 통신사업 발전의 시발점을 찾아보자면, 바로 정보를 공간상으로 퍼뜨릴 수 있는 능력을 보유한 대상. 즉, 전파의 발견에 있다고도 할 수 있습니다.

그래서 오늘은 정보통신의 놀라운 발전을 일으켜준 전자기파인, 전파에 대한 이야기를 궁금한 S와 알아보도록 하겠습니다.

Radio wave, 통칭 '라디오파'라고 하는 이 전자기파는 통신에 사용하는 모든 대역의 전자기파를 지칭합니다. 국제전기통신연합 ITU의 전파규칙에 따르면 라디오파는 주파수가 3kHz부터 3THz까지인데요. 이를 파장으로 환산하면 1mm에서 100km까지의 모든 전자기파를 의미합니다.

그런데 왜 우리는 통신수단으로서 전자기파를 이용하는 걸까요? 그 이유는 전자기파는 매질을 필요하지 않은 파동이기 때문에 공간상에 마음껏 흩뿌릴 수 있는 장점이 있기 때문입니다. 그리고 장점이 하나 더 있습니다! 전자기파는 빛의 속도로 이동하기 때문에, 전파를 이용한 정보 전달은 관측 가능한 우주 내에서 가장 빠른 속도로 정보를 전달하는 방법이라는 것을, 개발자들은 알고 있었던 것이죠. 그걸 어떻게 알았을까요? 바로, 전자기파의 속도가 빛의 속도임을 발견한 과학자, 제임스 클러크 맥스웰 덕분이었습니다.

맥스웰은 선대 과학자로부터 지속적으로 연구되어 온 전기학과 자기학의 특성을 전자기학이라는 이름으로 수학적인 네 가지 공식으로 통합하게 되는데요. 이 공식 중 제3 공식과 제4 공식, 패러데이의 법칙과 앙페르의 법칙으로 '전자기파'라는 공간상에 퍼져나가는 전자기 파동 에너지를 수식적으로 예견하게 됩니다.

이러한 예견이 헤르츠의 실험을 통해 입증하게 되면서 세상은 경이롭고 놀라운 '전자기파'에 대한 연구에 박차를 가하기 시작하게 되죠.

교류발전의 원리를 이용해 원하는 영역 대의 전파를 만들 수 있게 된 인류는 다양한 영역의 전파를 이용해 원하는 정보를 공간상으로 날려 보내는 것이 가능해지게 되었습니다. 그러나 여전히 문제는 남아있었습니다. 이렇게 공간상으로 퍼져나가는 전파를 특정한 대상에게 정확하게 전달하려면 어떻게 해야 할까요?

현재 우리가 사용하고 있는 전기부품 중에는 코일이라 불리는 전류가 빙빙 감겨 흘러갈 수 있는 형태의 부품과 축전기라고 불리는 두 개의 극판이 마주 보고 있어서 전기장을 형성하는 부품이 있습니다. 이 전기부품은 건전지의 전류와 같이 일정한 크기로 흐르는 전류인 직류에서는 지극히 평범한 모습을 나타내지만, 전자의 전기적 진동에 의해 에너지를 흐르게 만드는 방식인 교류에서는 매우 독특한 특징을 가지게 됩니다.

코일에 전류가 흐르게 되면 코일 내부에 자기장이 형성되는 것을 볼 수 있는데요. 만약 전류가 일정하게 공급되는 것이 아니라 ...

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