스펙트럼

스펙트럼

스펙트럼, 빛이 말한다

프리즘을 이용해 빛을 분산하면 무지갯 빛으로 펼쳐지는 것을 볼 수 있다. 이처럼 빛을 파장에 따라 분산한 것을 스펙트럼이라고 한다. 전 파장에 걸쳐서 연속적으로 나타나는 스펙트럼을 연속 스펙트럼이라고 하며, 특정한 파장의 빛만 나타나는 스펙트럼을 선 스펙트럼이라고 한다.

햇빛이나 형광등의 빛을 프리즘으로 분산하면 모든 파장의 빛이 나타나는 연속 스펙트럼을 볼 수 있다. 나트륨 등이나 기체 방전관에서 나오는 빛을 프리즘으로 분산하면 프리즘을 통과한 특정 파장의 빛만 색으로 나타나는 선 스펙트럼을 볼 수 있다. 한편, 물질 속에 연속 스펙트럼을 가지는 빛을 통과시켰을 때, 그 물질에 특정한 파장 영역이 흡수되어 검은색 선으로 나타나는데 이것을 흡수 스펙트럼이라고 한다. 햇빛의 스펙트럼을 자세히 들여다보면 연속 스펙트럼 위에 검은색 선이 놓여 있는 것을 볼 수 있다. 이 검은색 선은 태양 대기에 존재하는 원소가 특정 파장의 빛만을 흡수해 나타나는 흡수 스펙트럼이다.

태양 흡수 스펙트럼

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※ 자동차의 속도 측정기
도플러 효과를 이용한 대표적인 장치는 과속 차량을 감시하는 자동차의 속도 측정기이다. 속도 측정기는 다가오는 차를 향해 일정한 파장의 초음파를 발사하면 초음파는 다가오는 차에서 반사되어 다시 속도 측정기로 돌아온다. 이때 반사되어 돌아온 초음파의 파장은 도플러 효과에 의해서 처음에 발사했던 초음파의 파장보다 짧다. 속도 측정기는 바로 이 파장의 변화량을 정확히 측정해서 자동차의 속도를 계산하고 계기판에 나타내는 것이다. 야구에서 투수가 던지는 공의 속력을 측정하는 데에도 속도 측정기가 사용된다.

키르히호프의 법칙

키르히호프는 빛의 스펙트럼 분포를 설명하는 가설 세 가지를 제안하였다.

1. 온도가 높고 밀도가 높은 물체는 연속 스펙트럼을 방출한다.
2. 온도가 높고 밀도가 낮은 기체는 그 기체의 에너지 준위에 해당하는 선 스펙트럼을 방출한다.
3. 관측자와 연속 스펙트럼을 방출하는 고온의 물체 사이에 온도가 낮은 기체가 있으면, 온도가 낮은 기체의 에너지 준위에 해당하는 광자가 흡수되어 흡수 스펙트럼이 나타난다.

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