2. 괴짜발명소 [자외선 발전기]

2.1. 이론적 배경

2.1.1. 자외선

자외선은 가시광선보다는 파장이 짧고 X선보다는 파장이 긴 전자기파이다. 10 nm 에서 400 nm의 파장을 가진다. 사람이 볼 수 있는 빛 중 가장 파장이 짧은 보라색(자색)의 바깥에 위치했기 때문에 紫外線이다. 영어로는 UltraViolet rays. 줄여서 UV라고도 한다. 일부 곤충이나 새는 볼 수 있다. 사람은 일반적으로 자외선을 볼 수 없다. 자외선의 종류에는 UV-C, UV-B, UV-A가 있다. UV-C는 280 nm–100 nm 파장의 자외선으로, 대기에 흡수돼서 지표에는 잘 도달하지 못하고, 에너지가 높아 건강에 해롭다. UV-B는 315 nm–280 nm 파장의 자외선이고, 오존층에서 흡수되지만 일부는 지표까지 도달한다. UV-A는 400 nm–315 nm 파장의 자외선이고, 과거에는 해롭지 않은 것으로 알려졌으나 그렇지 않다.

자외선은 파장이 짧아진다. 이 것은 빛의 입자적 성질이 더욱 강해지는데, 아래 식으로 부터 에너지를 구해보면 광자가 가지는 힘이 더 세지게 된다는 것을 알 수 있다.

파장 λ는 UV-A와 UV-B가 각각 λ=320–400 nm λ=290–320 nm, h는 플랑크상수 6.6261 X 10^-34Js c는 빛의 속도 이므로

2.1.2. 화학적 자외선 차단제

화학적 자외선 차단제는 화학적 반응을 일으키며 자외선을 흡수 또는 분해하는 원리이다.

대표 성분으로는 옥시벤, 니트로벤조산, 부틸 메톡시디벤조일멘탄 등이 있으며, 화학적 자외선 차단제가 되는 조건에는 화학적 안정성이 높아야 하고, 열과 빛에 대한 안정성 높아야 한다.

자외선을 흡수할 수 있는 공명구조 발전기에 필요한 기체는 이 구조를 토대로 개발가능성을 연구해 보거나 아래 표에 나와 있는 자외선차단제성분을 개량시키면 될 것으로 판단하였다. 또한 위에서 밝힌대로 UV-B의 에너지가 더 크므로 UV-B에 효과가 좋은 구성성분을 연구에 사용하면 될 것이다.

 

2.2. 탐구동기 및 목적

지구온난화와 환경오염으로 인해 오존홀이 생기게 되어 지표로 들어오는 자외선의 양이 점차 증가하고 있다. 자외선은 짧은 파장의 빛으로 에너지가 크다. 자외선에도 UV-A, UV-B, UV-C, 진공자외선이 있다. 그 중에서도 UV-A와 UV-B가 우리 몸에 가장 해롭다. 자외선 A는 피부 깊숙한 곳까지 침투해 멜라닌색소를 자극하면 멜라닌 색소가 많이 만들어져 피부에 검버섯이나 기미가 생기게 된다. 자외선 B는 햇빛에 노출된 지 몇 시간 만에 피부의 그을리거나 붉어지는 반점으로 쉽게 알 수 있다. 그래서 여름철에 사람들은 강한 자외선을 피하기 위해 자외선 차단제를 바른다. 그리고 자외선 차단제 중 화학적 자외선 차단제는 흡수한 자외선은 화학반응을 거쳐 열이 방출될 때 다른 화학물질을 자극하지만 강한 피부를 자극하고 알레르기를 유발하기 때문에 안전성에 문제가 있다. 그래서 ‘자외선의 에너지와 화학적 자외선 차단제가 방출하는 열 에너지를 이용할 방법이 없을까?’에 대해 의문점을 가지게 되었다.