연못에 돌을 던지면 물결이 동그랗게 퍼져 나가는 모습을 본 적이 있을 것입니다. 안테나에서 만들어진 전파도 이와 비슷하게 사방으로 퍼져 나갑니다. 다만 물결은 물이라는 매질이 있어야 퍼질 수 있지만, 전파는 매질이 없는 우주 공간(진공)에서도 자유롭게 이동할 수 있다는 점이 다릅니다. 그래서 지구와 인공위성, 그리고 저 멀리 있는 탐사선과도 전파로 통신을 주고받을 수 있는 것입니다.
전파는 빛과 똑같은 속도로 나아갑니다. 진공에서 1초에 약 30만 km(299,792km)를 이동하는데, 이는 1초 만에 지구를 일곱 바퀴 반이나 돌 수 있는 엄청난 속도입니다. 지구에서 달까지의 거리(약 38만 km)도 전파로는 약 1.3초면 도달할 수 있습니다.
전파는 아래 그림처럼 오르내림을 반복하는 물결 모양(파동)으로도 나타낼 수 있습니다.
오르내림이 얼마나 자주 반복되는지는 주파수, 한 번 오르내리는 데 걸리는 거리는 파장, 오르내림의 크기는 진폭이라고 부릅니다.
진동하는 전자가 시간차를 두고 오른쪽으로 파동을 만들어 내는 모습
왼쪽의 전자가 위아래로 흔들리면, 그 변화가 조금씩 늦게 오른쪽으로 전달되어 물결 모양의 전파가 만들어집니다.
전자가 움직이면 전기장이 변하고, 전기장이 변하면 자기장이 변합니다. 이렇게 변하는 전기장과 자기장이 계속 서로를 만들어 내며 빛의 속도로 퍼져 나가는 것이 바로 전자기파(전파)입니다.
진행 방향(X)·전기장 방향(Y)·자기장 방향(Z) 세 축을 비스듬히 기울여 그린 입체 그림으로, 전기장(E)과 자기장(H)이 서로 직각(90˚)으로 진동하며 함께 나아가는 모습을 한눈에 보여줍니다.
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이렇게 만들어진 전자기파에는 우리 눈에 보이는 빛(가시광선)부터 적외선, 자외선, 엑스선까지 파장이 다른 다양한 종류가 있습니다. 그 이야기는 전자기파 편에서 자세히 다룹니다.
💡 재미있는 사실!
이 원리를 처음 수식으로 완성한 사람은 19세기 과학자 맥스웰입니다. 그는 전기장과 자기장이 서로를 만들어 내며 빛의 속도로 퍼져 나간다는 것을 계산으로 증명했고, 이후 실험을 통해 실제로 전파가 존재한다는 사실이 확인되었습니다.