강함 ......
원적외선 특성에 관한 일반상식적인 내용들을 정리한 내용입니다.
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이라는 제목으로 원적외선이 우리의 건강에 줄 수 있는 영향에 관하여 생각해 본 글은 별도의 카테고리로 게시했습니다.
■ 원적외선 이란? 일본 원적외선협회
□ 원적외선은 어떻게 물질을 따뜻하게 하는 것일까?
세라믹 히터 등에서 방사된 원적외선은 빛과 같은 속도(약 30만 km/초 = 1초 간에 지구를 7.5 바퀴 도는 속도)로 공간을 직진 해서 물질 표면에 도달한다. 원적외선의 진동 주파수 (광속÷파장)는 플라스틱, 도료, 섬유, 목재, 식품, 인간, 동물 등을 형성하는 원자 상호의 진동(분자의 진동)수와 같다. 때문에 그러한 물질에 조사된 원적외선은 공명 흡수되어 형성하는 분자의 진동을 활발하게 하고 온도가 오르는 것이다.
물질의 고유 진동이 원적외선의 진동 주파수와 공명하는 것이 바로 원적외선의 가열·건조 분야에서 넓게 이용되는 기본 원리인 것이다. 원적외선 이외의 진동수(파장)에서는 진동(파장)수가 맞지 않아 이런 효과가 작은 것이다.
□ 원적외선은 사람의 몸을 얼마나 깊게 침투할까? 유리를 투과할까?
「원적외선은 인체 깊이 침투하므로 몸 속으로부터 따뜻해진다」라는 난방광고 문구는 잘 못 쓰인 것이다. 원적외선이 갖고있는 에너지는 피부 표면으로부터 약 200μm (= 0.2mm)의 깊이 중에서 거의 다 흡수되어 열로 바뀐다. 그 열이 혈액 등에 의해 몸 깊숙이 전달되는 것이다.
그러나 근적외선은 피부 표면으로부터 수 밀리미터의 깊이까지 침투한다. 그 특징을 이용하여 손가락이나 손바닥 내부의 정맥 모양을 근적외선으로 조사하여 개인을 확인하고 이를 인증하는 방법이 은행등에서 사용되는 것이다. 플라스틱이나 식물, 광물(돌, 유리, 세라믹스 등)도 원적외선을 잘 흡수하기 때문에 흡수된 원적외선은 표면에서 거의 열로 바뀌고 투과 시킬 것이 없게 된다. 유리는 가시광선을 투과 하므로 원적외선도 투과 한다고 생각되기 쉽지만 그렇지 않은 이유이다.
또 물이나 알코올 등도 원적외선을 잘 흡수하여 0.1 mm의 두께만 되면 거의 흡수해버려 투과량은 없게 된다. 표면이 빛나는 금속은 원적외선을 반사한다. 원적외선 난방기의 히터 배면에 금속판이 설치되어 있는 것은 가능한 한 원적외선을 반사 시키기 위해서 이다.
□ 방사율이란?
어느 온도의 물질 표면으로부터 방사하는 에너지량과 같은 온도의 흑체 (방사한 에너지를 100%흡수하는 가상 물체)로부터 방사하는 에너지량과의 비율을 방사율이라고 한다. 방사율은 물질 마다 서로 다른 물질 고유의 것이지만, 그 표면 상태 (조도(粗度) 등)에 따라 또는 파장에 따라 다르다.
. 흑체표면에 입사(入射)하는 방사를 전부 흡수하고, 방사도 투과도 하지 않는 물체를 흑체라 한다. 물리학에서, 흑체(黑體, black body)는 자신에게 입사되는 모든 전자기파를 100% 흡수하는, 반사율이 0인 가상의 물체이다. 모든 빛을 흡수한다는 가정에서 검은 물체라는 뜻의 이름이 붙었다. 그러나 이상적인 흑체도 전자기파를 복사하므로 완전히 검지는 않다. 흑체에서 방출되는 방사를 흑체방사라 한다. 이상적인 흑체는 존재하지 않지만, 방사를 투명하게 하지 않는 온도가 균일한 벽으로 에워싸인 공동의 벽에 작은 구멍을 뚫으면 그 구멍에서 방출되는 방사는 근사적으로 그 작은 구멍과 같은 형상, 같은 면적의 벽과 같은 온도의 흑체 표면으로부터 방출되는 방사와 같다.
흑체가 빛을 내보내는 것을 흑체복사(black body radiation)라고 한다. 이상적인 흑체는 실존하지 않지만 비슷한 물질은 제법 존재하며, 실험용으로 쓰이는 흑체는 내부가 검은 상자에 공동을 만들고 작은 구멍을 뚫은 것이다. 이 구멍으로 들어간 빛은 다시 그 구멍으로 나오기 힘들기 때문에 그 빛의 에너지는 대부분 공동안에 흡수된다.(공동 복사, Cavity Radiation 라고도 함)
. 방사율
세라믹 (금속의 산화물 등도 마찬가지)은 일반적으로 원적외선 영역의 파장에서 방사율이 높고( 약 0.7~0.9), 받은 에너지를 유효하게 상대 측에 방사전열이 가능하여 원적외선 방사재료로 널리 이용하고 있다. 산화하지 않는 금속 표면의 방사율은 일반적로 매우 낮다.(연마 알루미늄 약 0.05)
히터의 방사율 측정 방법은 “푸리에 변환 적외 분광 광도계（Fourier transform infrared spectrophotometer(FTIR)” 등을 사용한다. 원적외선 히터 등의 방사특성을 비교시에는 모든 파장영역에서 분광 방사율이 높은 것 보다는 피 가열물 흡수 패턴이 좋은 파장영역의 방사율이 높은 것이 좋다.
□ 전열 방법 3가지
열은 높은 온도에서 낮은 온도로 전달된다.
전열 방법에는 전도, 대류, 그리고 방사의 세 가지 방식이 있고
전열은 이 세가지 방법의 조합으로 이뤄진다.
. 전도
철봉의 한 끝을 가열하면 열이 차츰 전해져서 다른 끝이 뜨거워진다.
이와 같이 열이 물질 내부를 타고 가는 것을 전도 전열이라 한다.
금속은 우량 전도체 이지만 기체는 낮은 전도체이다.
따라서 물체는 다공질일수록 치밀질 보다 전도도가 낮아 지는 것이다.
. 대류전열
물이나 공기 등(액체나 기체)은 아래로부터 가열되면 따뜻해진 부분이 팽창하며 밀도가 가벼워지고 이 부분이 위로 상승하게 된다. 그리고 차가운 위 부분은 밀도차로 하강하게 된다. 이들 작용이 반복적으로 행해져 전체 온도가 상승한다. 이와 같이 액체나 기체가 이동하는 과정에서 열을 전하는 방법을 대류라고 한다.
. 방사전열
태양열(전자파)이 직접 지상에 도달해 지구를 따뜻하게 하듯이, 중간에 매체를 필요로 하지 않는 열 전달 방법을 방사전열이라고 한다. 이 때 열은 전자파의 형태로 직접 물질에 흡수되어 물질의 온도를 상승시킨다. (물질을 형성하는 원자 상호의 진동을 활발하게 시킨다). 원적외선 전열은 방사전열 이다.
중간 매체에 기체가 존재하는 경우, 그것이 질소(N
2
)나 산소(O
2
) 경우는 원적외선은 흡수되지 않지만, 탄산 가스(CO
2
)나 수증기(H
2
O)와 같은 극성을 가진 기체에는 흡수된다.
□ 방사에 관한 세 가지 기본법칙
. 프랭크의 법칙
물질은 그 온도에 따른 에너지를 전자파의 형태로 방사하여 상대에게 전달한다.
그 에너지와 파장의 관계는 그 물질 마다 온도에 따라 변화하는데 이를 프랭크의 법칙이라고 한다.
이 법칙은, 흑체(방사율=1)에 대해 나타내고 있으며, 실제의 물질에서는 방사율이 물질 마다, 또는 표면 상태등에 의해 다르게 나타난다. (방사율은 흑체 보다 반드시 낮은 1 이하)
. 스테판 볼츠만의 법칙
물질로부터 전해지는 방사 에너지의 양은 그 물질의 온도가 높아질수록 커지는데,
절대온도 T(켈빈 K)의 흑체로부터 전해지는 에너지량(E)은 절대온도의 4승에 비례한다.
E = 5.6697×10^－8 * T ^ 4 (W/m^2)
. 빈의 법칙 (Wien's displacement law)
물질로부터 전해지는 전자파의 피크 파장(제일 에너지가 높은 곳)은 방사체의 절대온도가 높아질수록 짧은 파장 쪽으로 이행한다. T(K)의 흑체로부터 전해지는 전자파의 피크 파장(λ)은,
λ=2897/T (μm)
이것을 빈의 변위법칙이라고 한다.
예를 들면, 지금 36℃(절대온도 T=36＋273=309 K)의 체온을 가진 사람이 방사하는 전자파의 피크 파장(λ)은 2897÷309=9.4μm가 된다. 즉, 사람은 약 9.4μm를 피크로 한 원적외선을 방사하고 있는 것이다.
빈의 변위법칙으로 나타나는 피크 파장의 특성을 보면, 그 피크 점에서 2분 되는 야마가타 그래프의 단파장측 적산 면적(에너지)은 전체 에너지의 25%이고 장파장측이 75%이다. 장파장측이 3배의 에너지를 방사하고 있다. 그러면, 절대온도 T(K)의 흑체로 그 방사 에너지를 2분 하는 파장(λ)은 어딘가 하면 λ=4,108/T[μm]라고 하는 식에서 구할 수 있다.
예를 들면, 근적외선역과 원적외선역의 경계선의 파장 3μm의 곳에서 방사 에너지가 50% 씩으로 나누어지는 흑체온도 T는 T=4,108/3=1,369(K)(=1,369－273)=1,096℃이 된다. 꽤 고온까지 원적외선이 방사 에너지 중에서 비중을 차지하고 있음을 알 수 있다. 또, 이 때의 피크 파장은 2,898/1,369=2.1μm로 당연히 근적외선 영역에 있다.
□ 원적외 가열 (방사전열)의 특징
물건을 원적외선 히터로 가열하는 경우, 히터로부터 물건으로 각각의 온도(절대온도 K)에 4승 한 값의 차이에 비례하는 만큼의 열량이 흐른다. 히터 온도는 물건보다 상당하게 높게 유지할 수 있기 때문에 열의 흐름은 가열 되는 동안 변함없이 유지된다. 열이 계속 물건에 유입되기 때문에 좋은 효율을 유지 할 수 있는 것이다.
한편, 열풍이나 열판 가열 등의 경우는 열풍 온도와 물건 표면 온도의 차이에 비례한 열류가 흐른다. 이 경우 곧바로 물건 표면 온도가 열풍 온도에 가까워지기 때문에 양자의 온도차가 없어져 열류는 떨어져 버리게 된다. 따라서 열류가 좀처럼 물건에 들어가지 못하는 것이다.
그렇다고 가열 효율을 올리기 위해 무리하게 열풍 온도를 올리면 물건 표면을 태우는 등의 폐해를 입게 된다.
□ 원적외선 가공 섬유의 특징
주변의 물질 중에서 섬유는 원적외선 흡수나 재방사의 특성이 꽤 높은 물질이다.
「원적외선 가공 섬유」란 원적외선을 흡수 및 재방사 하기 쉬운 세라믹스등의 물질을 처리한 것인데, 화학 섬유는 섬유 내부에 처리하며, 천연 섬유는 섬유의 외부에 코팅 하거나 한다. 원래 섬유보다 더 넓은 파장 범위의 원적외선에 대해서 흡수 또는 재방사 하는 특성을 높여 보온성을 향상시킨 섬유를 말한다.
가공한 섬유와 미가공의 동질의 섬유를 물리적으로 측정하면 가공한 섬유가 분명하게 원적외선 흡수. 재방사 특성이 향상되어 보온성이 향상된다.
일본 원적외선 협회에서는, 가전.가스 기구에 이어 1997년부터 섬유 분야의 인정 제도를 시행 중에 있다. 「건강에 좋다」또는「00병에 효과가 있다」라고 광고 하는 원적외선 상품도 많이 나오고 있으나 과학적으로 확증 된 바 없으며, 과학적으로 실증되고 있는 가열 특성.보온 특성만을 원적외선 협회에서 인정의 대상으로 하고 있다.
■ 적외선 관련 기초상식 자료 : Nippon Avn.
□ 적외선의 성질과 특성
. 가시광선 보다 장파장이므로 보이지 않음
. 절대 영도(K) 이상에서의 모든 물체는 자연 방사를 함
. 물체를 따뜻하게 하는 성질이 있음(열선이라고도 함)
. 전자파의 일종 임(진공 중에서도 전파됨)
. 적외선 에너지와 물체의 온도는 상관관계가 있음
. 발생원리
분자의 원자간 또는 격자간 진동에 의해서 발생함
. 방사율 특성
재료의 전자기적 물성치로 결정됨
색과는 무관함
면의 굴곡이 심할수록 방사율은 높아짐
금속 표면은 조밀 할수록 방사율은 높아짐
. 대기중에서의 투과 특성
. 방사 측정각도와 방사율
측정각 50도 까지는 일정하나
60도부터 급감하여 80도가 되면 방사율은 0 에 근접함
. 단파장과 장파장의 특징
각종 물질의 방사율
. 대기의 투과율과
태양 및 지표면 방사에너지의 특성비교
. 대기중의 투과 특성
H
2
O와 CO
2
투과성 (29 ℃, 72%, 0.6 m)
H
2
O와 CO
2
투과성 (29 ℃, 72%, 0.6 ~ 3000m)
□ 적외선을 응용한 각종 측정기술
. 온도, 응력, 수분의 측정
. 막 두께의 측정
. 유동층의 가시화
. 방사율의 차이를 이용하는 것
. 열 관성을 이용하는 것
. 온도 측정기술
. 적외선 방사에너지와 물체 표면 온도의 상관관계를 이용
W = σ * T^4 (W 에너지, σ 상수, T 절대온도 K)
스테판 볼츠만의 법칙
. 열 : 에너지의 한 형태로서 적외선 에너지는 열 에너지 자체
온도 : 열의 한 상태를 표시하는 것
. 온도가 높을수록 강한 적외선을 방사
. 적외선 온도 측정 시의 보정 요소는 :
물체별 특정 방사율, 측정각도, 반사율 등
□ 적외선 방사를 증대시키는 방안들
. 히터로 가열
. 기계적 응력을 높임
. 마찰
. 전자파의 조사
. 전자유도
□ 전자기파 (마이크로웨이브)의 주파수로 환산한다면
11㎛ 파장인 원적외선의 주파수(Frequency)는 초당 몇 회 정도나 될까?
주파수(F) = 상수(C) / 파장 (λ)
상수(C) = 3*10^8 m/s = 3*10^11 mm/s
파장 (λ) = 11 ㎛ = 11/10^3 mm/Cycle
주파수(F) = 3*10^11 / (11/10^3) Hz (Cycle / Second)
= 2.7273 * 10^13 Hz
= 2.7273 * 10^4 * 10^9 Hz
= 27,273 GHz
Magnetron Tube 를 이용한 상용 전자레인지의 주파수가 2.45 GHz 인 것을 고려하면
11㎛ 파장인 원적외선은 전자레인지 보다 1만 배 정도 크다는 것을 알 수 있다.
■ 천연물질의 원적외선 방사특성일본, 北海道立工業試驗場報告No.293 (1994) 尾谷 賢
□ 대상시료의 목록
□ 시료 측정기준
. 적외 분광 방사율은 CVF법 측정
. 측정 시료는 200 메쉬 이하로 분쇄한 시료사용
. 증류수에 slurry상으로 하여 도포
. 막 두께는 수백μm 정도, 일주간 자연건조
. 시료 가열은 방사 에너지 측정용 히터(100×100 mm) 이용
. 시료와 가열면에 카본 시트를 사이에 두어, 클립으로 고정
. 시료 표면 온도는 미리 강판에 접착한 K타입 열전대(선 굵기 0.1 mmφ)를 이용
. 측정 온도는 150℃
□ 결과 요약
. 실리카를 주성분으로 하는 광물의 원적외선 방사 특성
실리카 주성분인 5 종류 광물의 방사 특성을 비교히면
실리카의 결정도는 규석, 실리카 블랙, 백토의 순서로 높고,
경석, 규조토는 비정질 실리카임
또, 실리카 블랙은 5%전후의 탄소를 포함한 규산이며
모두 SiO
2
로 기인하는 9.2μm 부근에서의 방사율 저하를 볼 수 있고
특히 규석에서 현저하게 나타남
실리카 블랙을 제외한 4종의 광물은 거의 같은 방사 특성을 나타내고 있어
결정성은 방사 특성에 관여하지 않는 것으로 판단됨
실리카 블랙은 저파장측에서 방사율 저하가 없으며, 전파장역에 걸쳐 평평한 방사율을 나타냄
나무계 탄소의 방사 특성과 매우 닮은 경향을 나타내므로
5%정도 포함된 탄소의 영향이라고 생각할 수 있음
. 알루미나 규산염 광물의 원적외선 방사 특성
천연물질 중에서 비교적 많은 광물이 알루미나 규산염 광물임
이들 6종의 광물과 성분 조성이 동일한 플라이 애쉬를 규산 분이 많은 순서로 그림 3에 보임
플라이 애쉬를 제외한 광물에서는,
4μm부근에서 고 방사율로 이행, 셰일(貢岩)·카올린과 파-라이트·제올라이트· 점토·벤토나이트의 그룹으로 나눌 수 있음
전자는 비교적 완만한 방사율의 상승을 보이며
후자는 5~6μm에서 급격한 상승을 보임
성분이 거의 같은 플라이 애쉬는 2~5μm의 저파장 영역에서 현저한 차이를 나타냄
이것은 미연 탄소의 영향이라고 생각됨
제올라이트를 이용한 결정성과 방사 특성과의 관계를 검토한 결과
결정 구조는 방사 특성에 큰 영향을 주지 않는 것으로 보임
. 칼슘, 마그네슘 각종소금의 원적외선 방사 특성
마그네슘, 칼슘의 각종 소금을 이용해 음이온이 방사 특성에 미치는 영향을 검토함
그 결과는 그림 5 처럼, 마그네슘, 칼슘 모두 음이온 종류가 방사 특성에 큰 영향을 주고 있음
또 마그네사이트, 칼사이트를 비교하면 3.4, 3.9, 11.4, 14μm에서의 높은 방사율은 탄산염에 기인할 것이라고 생각됨
이 결과에 의한 방사특성 패턴으로 보면 염류를 어느 정도 추측하는 일이 가능함을 알 수 있음
. 실리카-마그네시아계 광물의 원적외선 방사 특성
그림 6에서, 탈크, 감람석은 거의 같은 방사 패턴을 나타냄
실리카-알루미나계와 유사한 방사 특성을 보이며
이것은 주성분인 실리카의 방사 특성이 지배적인 역할을 하고 있음을 알 수 있음
원적외선 방사 재료로서 넓게 이용되고 있는 코-제라이트도 동일한 방사 특성을 나타냄
그렇지만, 주요 원소가 같은 세피오라이트는 완전히 다른 패턴을 나타냄
이는 음이온의 차이에 의해 세피오라이트의 수산기 영향으로 보임
. 그 외의 광물 및 소성물의 원적외선 방사 특성
천연물 및 그 가공물(적니, 벽돌)의 방사 특성, 그림 7
도로마이트는 마그네사이트, 칼사이트, 쌍방의 특징을 그대로 나타내 보이며,
규회석은 실리카의 방사 패턴을 나타냈음
한편, 규산 지르콘에서는 실리카 계와 지르콘과의 비교 보다 산화 지르코늄의 특성이 지배적임. 이 같이 주 구성원소가 복수의 경우는, 어느 쪽 원소의 특성이 보다 더 반영되느냐는 그 구성에 따라 일정하지는 않았음
알루미나 규산염 광물로 분류되어 요업 제품에 잘 쓰이는 장석(유약), 벽돌은 위 실리카 성분의 광물의 방사 패턴을 나타냈음
또, 벽돌의 소성 방법의 차이에 의한, 통칭 빨강 벽돌(산화 분위기 소성)과 흑 벽돌(환원 분위기 소성)의 비교로는 저 파장 영역으로의 방사선 성질에 미묘한 차이를 나타내고 있음
□ 종합정리
주로 홋카이도에서 채취된 천연 광물을 중심으로 30여종의 원적외선 방사 특성을 비교 검토한 결과,
그 방사 특성은
. 그
구성 원소에 의해
거의
결정
되며
. 결정성(結晶性)은
그 것이 방사 특성에 기여하지 않는 것을 알 수 있었음
. 주 구성 원소가
다원소의 경우는
어느 쪽 원소특성이 더 영향을 미치는 지는, 그 구성에 따라 일정하지 않았으며
. 물질의
음이온이
방사특성에 비교적 큰 영향을 주고 있음
□ 원적외선 분광방사율
(X축 : 파장 (μm), Y축 : 방사율)
■ 원적외선 일반 특성
□ 물질은 4 가지 형태로 분류할 수 있음
. 원적외선 방사 재료
. 원적외선 흡수 재료
. 원적외선 투과 재료
. 원적외선 반사 재료
□ 분자결합 형태별 특성
. 금속 결합은
적외선 영역의 진동수를 갖고 있지 않음
따라서, 같은 온도에서도 금속의 원적외선 방사 에너지는 낮음
. 이온결합 혹은 공유결합을 하는 물체는
수μm ~ 수십μm 부근의 진동 분포를 모두 갖고 있음
특히 세라믹(금속 산화물)은 방사 에너지가 높음
□ 환경분석 이용 사례
. 단 원자 분자(H
2
, N
2
, O
2
)는 적외선을 흡수하지 않지만,
. CO
2
, CH
4
등은 적외선 영역의 파장을 흡수함
. 이 원리를 응용하여 측정하고 싶은 분자의 특정 파장의 흡수량을 측정하면
대기환경 분자별 농도 측정이 가능해짐
□ 각종 산업에의 적용
. 적외선 화상사진은 물체에서 방사되는 적외선을 촬영하는 원리임
□ 각종 물체의 원적외선 복사율
| 1.0 흑체 0.99 인체의 피부 0.98 板, 水, 氷 0.95 고무,섬유,기름 0.94 유리,콘크리트,벽돌 0.92 돌,종이,자기, 석고,석판 0.90 플라스틱,세라믹저항 |
0.85 카본 저항 0.80 청동, 페인트 0.78 스틸(산화),주철(산화), 견직, 양모 0.77 스텐(무광처리) 0.74 탄소 0.61 황동 |
0.57 동(산화),스틸(가열산화) 0.44 화강암 자갈 0.378 니켈(산화) 트랜지스터 0.31 철(담회색) 0.28 강철(광택처리) 0.18 알미늄(조광택, 산화) 0.11 아연 0 광택금속(백알미늄,은,동, 니켈, 철, 스텐) |
■ 용융피막의 원적외선 방사특성
일본, 高萩 泰 鴨志田 외
알루미나 등 수종의 원료를 이용하여 철판 위에 용융피막을 형성시키고, 850 ℃ 온도하에서 원적외선 방사율을 실험 측정한 하고, 이를 토대로 원료별 원적외선 방사 특성을 비교 분석한 자료임.
□ 실험 조건
. 피막 원료
. 알루미나, A
l2
O
3
94%, TiO
2
2.5%, SiO
2
2%
. 이산화티타늄, TIO
2
99%
. 지르코늄산, ZrO
2
69%, CaO 31%
. 안정화 지르코늄산, ZrO
2
93%, CaO 5%
. 알루미나 + 이산화티타늄, Al
2
O
3
50% + TiO
2
50%
. 용융피막 도포 방법
. 하지(下地)재료, Ni.Cr = 80:20, 입경 100 μm
. 철판, SUS304
. 용융분사 온도, 3,200 ℃
. 분사거리, 50 mm 분사각도 90 °
. 피막두께 Under-coating 100 μm, Up-coating 100~300 μm
□ 원적외선 방사율 실험결과 (측정온도 : 850 ℃)
. 방사율 순서
알루미나 > 이산화티타늄 > 안정화 산화 지르코늄 > 지르콘산칼슘
. 알루미나는 가열 열화 시험 후에도 안정되었으나
. 이산화티타늄은 피막의 박리, 탈락, 변색 등이 생기면서
가열에 의한 내구성에 문제가 생김
. 피막의 막 두께는 방사 특성에 별로 영향을 주지 않으며
표면의 형상이나 상태에 크게 영향을 받음
□ 용융피막의 방사 특성도 (측정온도 : 850 ℃)
■ 적외선 특성 관련 데이터
□ 대기에 의한 전자파의 감쇄
자료 : Wikipedia
□ 대기의 전자파 파장별 투과성 및 불투과성
Wikipedia
□ 온도 1 ℃ 변화에 따른 방사율 변화 (고순도 알루미나)
자료 : 요업기술원, 오유근 외
. 코팅 두께 변화에 따른 방사율 변화 (거의 유사함)
. 코팅 조도(粗度) 변화에 따른 방사율 변화 (조밀할수록 낮아짐)
. 입도 변화에 따른 방사율 변화 (조밀할수록 방사율 낮아짐)
□ PVC와 세라믹 혼입한 경우
. 혼입비율별 방사율 변화 (변화 적음)
. 코팅한 경우 (변화 큼)
시 방사율 변화 0077.JPG)
자료 : 건재시험연구원, 최태섭 외
■ 게르마늄 화합물의 원적외선 방사특성
자료 : 상명대학교, 이현경 외
□ XSiO
2
.YGeO
2
와 XSiO
2
.YNaO
2
.ZGeO
2
계 화합물을 제조하여 이들 화합물에서
GeO
2
가 원적외선 방사율과 원적외선 방사에너지에 미치는 영향을 검토
. 산화물들의 원적외선 방사율과 방사에너지의 크기는
Al
2
O
3
< MnO
2
< SiO
2
< GeO
2
< Na
2
O 순이고, 게르마늄 화합물의 원적외선
방사율과 방사에너지는 Ge < GeI4 < GeO
2
< XSiO
2
.YNa
2
O.ZGeO
2
< XSiO
2
.YGeO
2
순으로 나타남
. XSiO
2
.YGeO
2
계 화합물은 GeO
2
의 함량이 증가할수록 원적외선 방사율이 점차적으로 증가
하였는데, 파장 5∼20 μm 범위의 원적외선 평균방사율과 평균방사 에너지의 최대값은
20SiO
2
.80GeO
2
에서 얻어졌고 그 값은 각각 0.916, 3.53 × 102 W/m
2
.μm, 37 ℃이었음
. XSiO
2
.YNa
2
O.ZGeO
2
계 화합물인 경우 Na
2
O의 함량이 감소하면서 원적외선 방사율은 증가하였고
화합물의 용융점은 감소하였는데, 파장 5∼20 μm 범위의 원적외선 평균방사율과 평균방사에너지
의 최대값은 30SiO
2
.10Na
2
O.60GeO
2
에서 얻어졌고 그 값은 각각 0.912, 3.52 × 102 W/m
2
.μm, 37 ℃
이었음
□ 방사율과 방사 에너지
방사율 Emissivity ( 5 ∼ 20 μm),
방사 에너지 Emission Power (W/m2?μm, 37 ℃)
. 시료별
방사율 방사에너지
. Ge 0.89 3.44×102 . GeI4 0.90 3.45×102 . GeO2 0.90 3.47×102 . Al2O3 0.80 3.08×102 . MnO2 0.89 3.43×102 . SiO2 0.90 3.45×102 . Na2O 0.90 3.48×102
. XSiO2.YGeO2 Compounds
. 100 SiO2 0.90 3.45×102 . 80SiO2 20GeO2 0.90 3.49×102 . 50SiO2 50GeO2 0.91 3.51×102 . 20SiO2 80GeO2 0.92 3.53×102 . 100 GeO2 0.90 3.47×102
. XSiO2.YGeO2.ZNa2O
Compounds
. 100Na2O 0.90 3.48×102 . 30SiO2 60Na2O 10GeO2 0.91 3.49×102 . 30SiO2 40Na2O 30GeO2 0.91 3.50×102 . 30SiO2 10Na2O 60GeO2 0.91 3.52×102
■ 액상 원적외선 방사물질
□ 액상 원적외선 방사체의 제조
. 과거 국내외에서 생산되는 바이오 세라믹 제품은 100% 파우더를 이용한 원적외선 관련제품이었음
. 최근에 상온(35℃)고효율 원적외선 복사체인 다기능성 액상(이온화) 원액이 상품화 되고 있음
. 액상 원적외선 방사 조성물 (섬유용) 제조 사례
. 규산나트륨, 과산화나트륨(Na
2
O
2
), 탄산칼륨, 탄산나트륨 및 정제백당을
. 20 ℃~ 60℃의 정제수(pH7.0-7.5)에 용해함
. 이 용액에 티오황산은을 혼합하여 20-40℃에서 12시간 방치 하여 제조
(특허공보 자료 인용) . 기타 관련사항은 별도의 카테고리 "무기물과 음용수" 에 정리됨
■ 수용성 규산염 (분자식, Na2O-nSiO2-xH2O)
본 항목은 제목 성격과 다소 괴리가 있으나, 액상 무기질 약품의 제법과 그 특성의 이해를 위하여
SiO2의 대표적인 수용성 제품 사례를 들어, 제법, 특성, 용도 등을 조사하여 정리하여 본 것임
. 규산나트륨(규산소다)은 수용성 규산염 중 가장 널리 사용됨
. 물에 대한 용해성이 있어 물유리(water glass)라함
. SiO2/Na2O 의 몰비와 농도에 따라 다양한 성질을 나타냄
. 액상규산나트륨의 몰비(molar ratio) 계산은
= SiO2 / Na2O 의 중량비 * 1.032
. 한국산업규격 KS M 1415 (규산 나트륨)
| 1종 | 2종 | 3종 | 4종 | |
| 비중(20°C) | 1.690 이상 | 1.590 이상 | 1.380 이상 | 1.260 이상 |
| 물불용분(%) | 0.2 이하 | 0.2 이하 | 0.2 이하 | 0.2 이하 |
| Na2O (%) | 17~18 | 14~15 | 9~10 | 6~7 |
| SiO2 (%) | 36~38 | 34~36 | 28~30 | 23~25 |
| Fe2O3 (%) | 0.05 이하 | 0.05 이하 | 0.03 이하 | 0.03 이하 |
| 주요 용도 | 요업, 용접봉 |
합성세제, 건축용 |
주조용 바인더, 제지 |
토목 점결제 단열재 바인더, |
. 반응 특성
. 산과 반응
. 액상규산나트륨에 산을 첨가하면 중화반응에 의해 pH가 낮아지고,
. 규산이온 또는 폴리규산이온 끼리의 중합 진행으로 점도 상승, 더욱 진행하면 겔(gel)화
. Na2O·nSiO2＋H2SO4＋(m-1)H22O → nSiO2·mH2O＋Na2SO4
점도 상승, 겔화 속도는 산의 종류, 첨가량, 농도, 온도 등에 따라 다름
. 금속이온과 반응
. 액상 규산나트륨은 Ca, Mg, Al, Ba 등의 금속 이온들과 반응하여 불용성의 규산염 금속수화물 및
규산염 금속수산화물, 규산 등을 동시 생성하여 겔화됨
. Na2O·nSiO2＋Ca(OH)2＋mH2O → CaO·nSiO2·mH2O＋2NaOH
이 같은 반응으로 생성되는 규산화합물은 금속이온과 규산이온의 존재량에 의존함
. 유기화합물과 반응
. 글리옥살이나 에칠렌글리콜디아세테이트 등의 다가 알코올과 초산에스테르는 모두 알카리
존재 하에서 글리콜산이나 초산을 생성하고 중화작용에 의해 규산나트륨을 겔화됨
. 메칠알코올, 에칠알코올, 아세톤 등의 유기용매를 가해도 겔화 되나
단순히 탈수에 의한 것으로 물을 가하면 다시 용해됨
. 탈수에 의한 경화
. 알코올에 의해서도 규산나트륨은 겔화 됨
이것은 결합수로서의 규산나트륨 중의 H2O가 탈수되면서 SiO2 사면체의 중합이 일어나는 것
그 결과 견고한 필름을 형성
. 100%의 탈수는 1,000 ℃ 이상이 아니면 불가능하며, 그 과정을 보면
120~500 ℃ 에서 다공질화를 거쳐 600~1,000 ℃에서 유리화 됨
200 ℃에서 95% 정도 탈수가 되며 그 이상의 탈수는 아주 서서히 진행
탈수가 되더라도 물에 대한 용해성 유지
. 용도
. 토양 안정제
. 규산나트륨의 겔화 성질은 토양 안정화 분야에도 사용됨
. 규산나트륨은 화학적 반응에 의해 기공이 많은 토양 구조를 견고화 할 수 있기 때문에
토목기초공사에 널리 사용됨
댐, 탄광, 터널, 기타 굴착공사 시 토양을 안정화 및 견고화 시키고
. 기공이 많은 토양을 규산나트륨으로 안정화 시키면, 규산나트륨의 겔화에 의해서 토양 구조를
개량하여 강도를 향상시키고 투수성을 줄여줌
. ‘화학적 그라우트’제는, 농도, 점도, 겔화 시간이 조정하여 토양에 주입되면 미리 정해진 시간이 되면
경화가 완성됨
. 치과 의료용 (기본 기능의 원리와 배경은 연구대상, 원적외선 관련성?)
. 차거나 뜨거운 음식을 먹을 때 이가 시리다면 잇몸 염증이 원인인 경우가 많다고 함
. 시린 증상이 이어지면 날카로워 진 상아질이 조금씩 부서지게 되며, 심한 경우 치신경이 노출되어
치수염(齒髓炎)을 유발하기도 함. 심한 경우 갑자기 치아가 조각날 수 있음
. 이를 예방하기 위해선 염화스트론튬이나 수용성 규산염이 함유된 치약 사용을 권유
. 동물약품 (기본기능의 원리와 배경은 연구대상, 원적외선 관련성?)
. 생명체에 무해한 면역기능 향상과 성장촉진 기능성 사료로의 개발 가능성
. 잔류 촉진제가 없는 청정육류 생산기술개발이 가능하게 됨
. 사료 첨가제를 탈취, 가스 제거 능력이 탁월한 기능성 사료로 분뇨 처리의 환경공해 문제점 해결
가능성 개발
. 항균, 면역증진제로서 동물 의약품으로 사용가능성 점검
. 기타 용도
. 실리카겔은 액상규산나트륨을 산으로 처리하여 제조
그 때 생성된 규산 침전물을 세척하여 수용성 염을 제거하고 건조
실리카겔의 제조에는 일반적으로 몰비가 높은 규산염이 사용됨
최종 제품은 유리질의 입자로서 내부에 수많은 기공을 갖고 있어
습기, 기타 물질을 흡착할 수 있는 능력이 있음
때문에 탈습제와 쥬스 및 맥주를 정제하는 용도로 사용
. 무정질 실리카 분말은 고무제품에 첨가되어 내마모성을 높임
그 외 용도로는 잉크, 플라스틱, 광택제의 증량제, 도료의 분산제, 살표용 분말, 살충제의
뭉침 방지용 첨가제 등으로 사용됨
. 액상규산나트륨은 많은 수용성 염의 수용액과 반응해서 복잡한 겔(gel) 상의 침전물을 만드는데
예를 들면, 알루미늄염은 액상규산나트륨과 반응해서 나트륨-알미늄 규산염 겔을 형성하며,
이용하여 경수연화(硬水軟化)용 제품을 만들며, 실리카-알루미나형 촉매처럼 촉매물질도 만듬
. 실리카겔 촉매와 유사한 것이 분자체(molecular sieve)인데, 규산나트륨과 나트륨-알루미늄염과
같은 여러 가지 염을 반응시켜 만들고, 내부 기공 크기를 조절할 수 있는 구조를 갖고 있어,
다른 크기의 분자 혼합물을 분리 또는 거르는 역할을 할 수 있음
. 내산, 내화를 요하는 시멘트 모르타르 및 내화연와 등의 점결제
. 농업분야의 규산질 비료
■ 원적외선의 생체효과 실험
삼성전관 자료 중 일부
□ 서론
원적외선 특성의 실체를 파악하기 위한 그 동안의 많은 연구에서, 기존의 과학적 방법으로 측정한 원적외선의 특성치가 물리, 화학적 변화나 생물학적 차이를 유발시키기에는 그 값이 너무 미미하였기 때문에 원적외선의 영향에 대한 해석도 각기 달랐다.
근간에는 우주나 지구에 있는 물질, 생물, 인간이 갖는 미약하고 미지한 고유에너지를 통칭하는 미약에너지의 일부로 원적외선을 다루거나 氣에너지의 해명을 위해 사용하는 검증방법을 활용하기도 한다.
본 연구에서는 이러한 원적외선의 특성과 효과를 보다 구체적으로 파악하기 위한 다양한 실험을 진행하였다. 원적외선의 유무해성과 생체영항에 대한 평가실험 및 생체내에서의 반응 요인을 이해하기 위한 실험을 실시하였다. 특히 이때는 기존의 氣에너지 검증방법을 응용하여 원적외선의 인체에 대한 영향을 측정하였다.
□ 기본실험
대장균과 흰쥐실험
대장균과 흰쥐 실험을 위한 특수 장치를 제작하였다.
유리판을 70°C로 가열하는 것에 의해 직육면체 아랫면의 온도를 23°C로 설정하였다. 실험군용 장치의 원적외선의 방사강도와 이상흑체의 방사강도를 비교하면,
(1.58×10^-2W/㎠)/ [(3.44×10^-2W/㎠) - (1.83×10^-2/㎠)] ×100=98%이므로
원적외선 방사효율은 매우 좋다.
본 실험에서 사용한 원적외선 방사 세라믹스는 산화규소, 산화알루미늄, 산화지르코늄을 주성분으로 하는 금속산화물계 세라믹스이다.
70°C 이상흑체의 원적외선 방사강도 3.44 ×10² W/㎠
25°C 이상흑체의 원적외선 방사강도 1.83 ×10² W/㎠
. 특정온도에서 이상흑체의 원적외선 방사 강도
유리판의 온도 : 70°C 직육면체 아랫면에서의 원적외선 방사강도
실험군용 장치 1.58 ×10² W/㎠
대조군용 장치 0.31 ×10² W/㎠
. 대장균 실험결과
사망률 실험에서, 양쪽의 세포수는 모두 동일하였으므로 원적외선은 대장균과 같은 미생물에 대한 치사원으로 작용하지 않아 원적외선이 생체에 무해하다고 판단된다.
돌연변이실험에서, 원적외선이 조사된 실험군에서 백색군집이 출현되지 않았고 대조군과 모든 상태가 동일하였으므로 원적외선은 조사시간의 장단에 관계없이 돌연변이원으로 작용하지 않음을 확인하였다.
. 흰쥐 실험
원적외선이 흰쥐의 생리상태, 생식활동 및 생존능력에 어떠한 변화를 유발시키는지를 관찰하여 원적외선의 생체 효과를 알아보고자 한다.
. 생리 및 생식활동
4주령의 흰쥐를 실험장치에 암컷 12마리, 수컷 6마리씩을 각각 넣고 3주간 키웠다.
. 실험결과
먹이 및 물소모량 : 실험군과 대조군간에 유의차가 발생하지 않았다.
체중 : 제1세대와 제2세대의 측정결과, 실험군과 대조군의 차이가 없었다.
생식활동 및 출산력 : 제 1세대의 교미결과 실험군과 대조군에서 각각 10마리의 암컷이 수태하여 태어난 제2세대 흰쥐를 출산 비교
. 생존능력실험
결론적으로 원적외선 영향에 있던 실험군의 흰쥐는 1,2세대에 걸쳐 평균122%의 생존능력의 증진을 나타내어 왕성한 생명력을 확인하였다.
. 개구리 실험
원적외선의 생체영향 메카니즘을 파악하기 위해 개구리의 좌골신경세포에 원적외선을 조사한 후, 신경의 CAP(Compound Action Potential)의 변화를 관찰하였다.
. 결론
원적외선을 이용한 가열은, 방사되는 많은 원적외선이 다른 방식의 가열과는 차별화된 생체반응을 유발시킨다는 것을 확인하였고 이러한 차이가 유익 효과를 나타내게 하는 원인중의 하나라고 생각할 수 있었다.
□ TV와 모니터를 이용한 동식물 실험
지금까지 살펴 본 실험결과를 바탕으로, TV와 모니터를 대상으로 실험을 실시하였다. 원적외선 세라믹스를 적정부분에 도포한 후 TV와 모니터 작동시 발생되는 열에 의해 원적외선 방사량이 증대되도록 하였다. 이후 이러한 TV와 모니터를 "Bio"라는 단어를 붙여 표시하였다.
. 식물실험
일반 TV와 Bio TV의 전면과 측면의 일정거리에 실험대상인 식물을 설치하고 성장률과 발아율을 관찰한 결과의 향상성 비교
알파파 상 추 양 파 귀 리
성장율 121~335% - - 105~222%
발아율 200~500% 115~147% 150~700% -
. 동물 실험
모니터에서의 초파리 사망율 비교
일반 TV (13.5%), Bio TV (6.0%), 자연상태 (5.96%)
. 인체 영향 실험
동식물 실험의 긍정적인 결과를 바탕으로, 氣에너지 해명에 사용되는 검증법을 이용하여 원적외선이 방사되는 특성을 가진 TV와 모니터에 의한 인체 영향을 검토하였다.
. TV를 시청할 때의 생리반응의 변화를 비교
□ 실험종합
원적외선이 가지는 생체 조직의 활성화를 통한 신진대사와 생육 촉진의 특성은 관심을 주목시킬 만한 것이었다.
. 원적외선의 유무해성과 생리상태에 대한 영향력의 확인
대장균을 대상으로한 실험에서, 원적외선은 대장균의 사망과 돌연변이 발생이 아무런 영향을 주지 않았고 적어도 설계조건하에서의 원적외선은 생물체에 무해하다는 것을 확인하였다.
흰쥐를 대상으로 한 실험에서, 원적외선 환경은 흰쥐의 생리상태 및 생식작용에 어떠한 변화나 유해성을 발생시키지 않으며 오히려 극한 상황에서의 생존력을 증가시킨다는 결과를 얻음 으로써 원적외선이 체력이나 지구력을 증강시킨다는 새로운 사실을 관찰하였다.
. 원적외선의 생체에 대한 차별화된 효과발생 원인의 확인
개구리 신경세포를 대상으로 한 실험에서 원적외선 Source는 CAP와 반응 속도를 증진시켰다. 이것은 Na+ 채널과 K+채널의 투과성에 영향을 주어 세포내의 이온활동도를 증가시킨 결과라고 판단할 수 있다. 그러므로 원적외선은 생체에서 가열 및 비가열적인 영향을 복합적으로 미치며 이러한 영향의 한 예가 원적외선 환경에서 사육된 흰쥐의 우수한 생존능력이라고 하겠다.
. 원적외선의 방사특성을 가진 TV와 모니터가 동식물에 대해선 어떤 영향을 주는가에 대한 확인
식물을 대상으로 한 실험에서, 원적외선이 방사되는 TV와 관련된 식물에서 전반적으로 성장과 발아가 촉진 되었다.
초파리를 대상으로한 실험에서 원적외선이 방사되는 모니터와 관계된 초파리는 약 2배의 생명력을 나타냈다. 그러므로 원적외선이 방사되도록 한 TV 와 모니터에서 목적한 바대로의 생체 유익효과를 확인한 것이다.
. 원적외선이 방사되는 TV와 모니터가 실제로 인체에도 유익한 효과를 주는가에 대한 확인
TV와 모니터에서 방사되는 원적외선이 인체에 미치는 영향에 대한 생리적측정을 위해 GSR, 심박수의 변화, 심장박동의 R-R간격의 파워 스펙트럼, 뇌파 토포그래프, 호흡 등을 측정하였다. 그 결과 원적외선이 나오는TV와 모니터가 피실험자를 보다 Relax 시킨다는 것을 확인하였다. 즉, Bio TV와 Bio Monitor가 인체 이완에 기여한다는 것이다.
. 결론적으로,
원적외선은 지금까지의 각종 이론과 다양한 실험들에 의해서 밝혀진 것처럼 충분한 생체 활성화 효과를 제공할 수 있음을 확인하였다. 그러므로 특히, TV와 모니터와 같이 현대인들과 밀접한 관계를 가진 제품으로부터 원적외선이 방사되도록 할 경우에 보다 나은 환경과 건강을 유지할 수 있게 할 것으로 생각된다.
* 원적외선이 복사될 수 있는 황토제품들이 우리 주거공간 주변에 설치 또는 활용하면 보다 나은 건강과 환경을 개선시켜 줄 수 있다는 것을 과학적으로 입증한 한 가지의 사례
■ 사이비과학 박멸의 강연
"遠赤外線編" 중에서 일부 발췌
시민을 위한 환경학 가이드
似非科學撲滅の講演 03.16.2003
http://www.yasuienv.net/FarIRPhysics.htm
원적외선은 물론 실재하는 확실한 물리 현상이다. 그러나 사람에게 효과가 있다는「이상한 주장」이나「이상한 제품」이 다수 존재하는 것도 사실이다. 일반 기준으로 적외선을 방사한다고 하는 것에서 온도가 200℃ 이하이면 그것은 사기일 가능성이 높다. 하물며 실온의 물체가 발하는 원적외선으로 혈행이 좋아질 리 없다. 또, 원적외선이 피부에 깊게 침투한다는 것도「몇 mm나」라고 하는 것은 있을 수 없다. 어떤 고체를 투과 하는 일도 거의 생각할 수 없다. 다만, 물은 기체상태에서는 정해진 파장 밖에 흡수하지 않고, PE에서 조금 흡수 되는 등 일부의 고체에는 들어간다. 그러나 PET가 되면 투과하지 못할 것이다. 원적외선과 관련한 사기 여부를 완전하게 설명하는 것은 꽤 어렵다. 정량적인 이야기 이기 때문이다.
□ Web 페이지 광고문 중에서, 몇 가지 실례를 보면서,
어떤 방향으로 오해 시키고 있는지 검토 해 보자.
. zebra 볼펜 회사의 사모 알파라고 하는 상품 경우의 사례
http://www.zebra.co.jp/pro/thermo.html
「원적외선은 뜨겁지는 않지만, 분자에 에너지를 주어 자기 발열 시키는 작용이 있다. 원적외선을 몸에 넣으면 세포나 체액의 분자에 공진 운동이 일어나 세포를 활성화 해서, 혈행을 촉진시켜 피로 감을 경감한다」이 페이지에는, 서모그라피의 사진도 나와 있다. 이 볼펜을 사용하고 있으면 손의 온도가 오른다고 하는「물리적으로는」 있을 수 없는 사진이다. 그러나, 무단 사용 금지로 되어 있어서 여기는 붙이지 않으니 Web으로 가서 확인해 보라.
「이 손잡이 에는, 트르마린 파우다가 반죽 되 있다. 트르마린 파워의 하나는 외부로부터 압력이나 열을 더하면 원적외선을 발생한다고 하는 사실. 손잡이를 확실히 잡고 쓸 때 발생하는 원적외선이 손을 안쪽으로부터 따뜻하게 해 혈행을 잘 해 준다」 「쓰고 있으면 손이 후끈후끈 해 진다」라는 식의 과장된 표현은 아니지만 어깨 결림이 괴로운 사람에게는 매우 매력적일 수 밖에 없다.
광고를 보면 아마 원적외선이라는 것이 매우 신비로운 물건이라고 생각할 것임에 틀림없다. 오해를 일으키는 방법이지만 우선, 원적외선이「특수하고 신비적인 것」으로 「분자에 에너지를 주어 자기 발열 시키는 작용이 있다」라고 해 효과를 기대 시키는 것부터 사기가 시작되는 것 같다.
「세포나 체액의 분자에 공진 운동이 일어나 세포를 활성화 해서, 혈행을 촉진시켜 피로 감을 경감한다」라는 광고문에 대한 사기성 여부
몸을 구성하는 단백질 등과는 확실히 공진하지만 「체액의 분자」가 물이라고 하면 공진하는 진동수와는 조금 다른 (2.66, 2.73, 6.27μm) 것이지만, 1 mm이상 두께의 물의 막은 3μ 이상의 원적외선을 100%흡수하기 때문에 공진은 할 것으로 본다. 여기서 「공진이란 무엇인가?」
진동수가 동일한 음의 소리굽쇠 공명에서는 소리라고 하는 진동에너지가 전해지면 이 진동에너지를 근처의 소리굽쇠가 받는데, 이것을 흡수한다고 한다. 진동수가 다른 경우는 흡수가 일어나지 않는다.
즉, 공진은 에너지가 흡수되는 것을 의미하며, 진동에너지 공진은 통상 열로서 측정된다. 즉, 공진이 오면 온도가 오른다. 원적외선의 경우에도 공진이 일어나면 열이 흡수된다고 말할 수 있다.
그러니, 온도가 오르기 때문에 혈행이 촉진되고 혈행이 좋아지면 피로 물질이라고 말하는 젖산(乳酸)이 분해될 가능성은 있다.
「원적외선으로 몸을 안쪽으로부터 따뜻하게 하므로」라고 하는 설명을 보면 이 정도까지는 어딘지 모르게 이해 되는 듯 하지만 단지, zebra가 말하는「자기 발열 」이라고 하는 그 부분이 꽤 고온이 되는 것처럼 생각되나 그것이 허구인 것이다. 기본적으로 열에너지가 전해지니까, 고온으로부터 저온에 전해지는 것이므로 볼펜으로부터 나오는 원적외선은 볼펜의 온도를 반영하고 있는 진동수이므로 볼펜의 온도 이상으로 오를 하등의 다른 이유는 없는 것이다.
미량의 온도차이가 있다고 인정하더라도 극히 미량에 불과하다
정량적으로 보면 스테판-볼츠만(Stefan-Boltzmann)의 법칙.
온도 T의 물체로부터 방사되는 빛 에너지의 양은 절대온도 T의 4승에 비례한다,
C = σ * T＾4 σ = 5. 67 * 10＾－12 W·cm＾－2·T＾－4
여기에 온도 T를 대입하면 방사되는 빛 에너지의 양을 알 수 있다.
33℃경우라면, T= 273 + 33으로, C = 4. 97×10＾－2 W·cm＾－2
물체의 표면적 근처에서 약 0. 05 W라고 하는 것이다. 즉, 100 cm
2
(10 cm×10 cm)당 5 W의 빛을 방사하는 것. 소형 백열전구가 3~4 W정도라고 보면, 이것은 소비 전력이며 가시광선은 10%미만이고 나머지가 적외선이라고 보면 되고, 이 적외선을 열로 보면 된다. 이에 비교해서 생각하여 보면 33℃의 물체로부터 나오는 원적외선의 에너지는 지극히 적은 것이다. 그나마도 실제로는 효과가 없다고 생각된다.
그 이유는 실온이 25℃를 전제할 때, 25℃의 금속이나 토르마린에서 방출하는 원적외선이 체온과 같은 36. 5℃물체로 이동할 수는 없다. 즉, 에너지 이동이 높은 곳으로 어떻게 이동할 수가 있겠는가?
원적외선 신앙을 가지고 있는 사람이 보면, 물체 온도가 36. 5℃에서 38℃에 오른다는 생각은 안하더라도 온도가 내려가는 것은 적게나마 도움이 되리라고 생각하는 이는 있을 수 있다.
스테판-볼츠만의 법칙에서, 실제로는 물질마다 원적외선으로서 방출되는 에너지는 다르다. 그것은 방사율이 다르기 때문이다. 금속은 비교적 낮은 0. 3 정도며, 트르마린은 0. 9 정도로 다소 높은 편이다.
즉, 25℃의 트르마린이 내고 있는 원적외선의 양은, 25℃의 금속이 내는 원적외선의 양의 3배라고 할 수 있으나, 트르마린으로 부터의 양이 0. 045 W정도로 금속은 그 보다 적은 표면적 당 0. 015 W정도가 된다.
그 차이인「0. 03 W×표면적」만큼 유효할 것 같으나 실제는 사방으로 분산 되니 그 1/3 정도만이 물체로 열 이동 될 것이다.
물체는 36. 5℃이기 때문에 실온의 25℃보다 11. 5℃높다. 약10℃높다고 보면, 근사 방출열량은 5칼로리의 열량을 밖으로 방출하게 된다. 이것이 약 20 주울 정도이니, 0. 02 W가 1000초간(약 16분) 계속 되는 열량이 20 주울의 열량이다.
그 금속과 트르마린만이 원적외선을 내고 있다고 생각하지만, 모든 벽, 상자 등에서 전부 25℃ 실온의 원적외선을 내고 있다. 따라서 25℃의 물체가 내는 원적외선으로 싸인 것 같은 상황이 되어 있다.
인체의 방사율은 0.98로서 거의 1에 가까운 것으로 보면 물체(몸)에서 방사되는 원적외선의 에너지는 그 보다도 온도가 높으므로 트르마린 보다 방출량이 더 많다. 그리고 금속이 놓여져 있는 경우에는, 거기에 반사해서 몸으로 돌아 온다. 결과적으로 몸이 받는 원적외선의 에너지는 금속을 두는 것이 많은 것이 아닌지 하는 상황이 될 수도 있다.
전도에 의한 열의 방출을 보면,
물체와 실온 온도차가 약 10℃.
공기의 열전도율은 매우 낮은 0. 00005칼로리/cm/sec
표면의 1평방 센치 당 0. 002 W로 방사에 의한 열 이동량 보다 작게 보이나
실제로는 공기는 움직이므로 약 30배 정도의 열이 이동하여, 0. 06 W라고 하는 방출량이 된다고 생각할 수 있다. 결과적으로 물체의 온도 저하 속도는 근처에 금속이 있건 트르마린이 있건 간에 변하지 않는다.
볼펜으로부터의 원적외선은 아무리 미량이라도 손에 들어 와 공진하기 때문에 혈행이 좋아지고 그리고 손의 온도가 오른다고 주장 할 수도 있으나
zebra 볼펜은 「자신들의 데이터로 거짓말을 증명하고 있는 것이다」라고 볼 수도 있다.
인체의 방사율은 0. 98 정도로 원적외선을 매우 잘 흡수하기도 한다.
볼펜으로부터의 미약한 원적외선이 왔다고 해서 그것이 어떤 효과를 가지는지는 의문이다.
아무리 뭐라 해도 혈액 온도가 볼펜 온도보다는 높으니 혈관 자신이 내고 있는 원적외선 양이 볼펜으로부터 오는 원적외선의 양 보다 많다고 할 수 있다.
그 사모 알파-라고 하는 볼펜의 외측은 무엇으로 되어 있는 것일까?
트르마린을 반죽한 폴리스티렌이나 PET일 가능성도 있다. 어쨌든, 플라스틱도 꽤 원적외선을 내고 있다. 분자 구조로부터 생각하면, 스틸렌도 PET도 10μ 정도의 원적외선을 낼 것 같다.
즉, 토르마린으로 반죽했건 안 했건 거의 변하지 않는다. 보통 볼펜이나 트르마린이 들어 있는 볼펜이나 다를 바 없다. 금속제라면 다소 다를지도 모르지만.
노인을 속이는 건강 침구의 면은 폴리에스텔제 즉 PET와 같은 것이므로 토르마린 반죽 여부에 관계 없이 원적외선을 낸다. 그렇다면 그 서모그라피의 사진은 무엇인가? 역시 사기인가? 손잡이 형태가 잡기 어려워서 열이 더 나오는 것은 아닌가?
복사의 경우 스테판-볼츠만의 법칙과 같이, 절대온도로 원적외선의 방사량이 정해진다. 몸은 그 주위 온도에 의해 정해져 나오는 원적외선을 받는다. 내는 양과 받는 양의 차이는 절대온도의 4승에 비례한다. 온도차 = (몸의 온도-주변의 온도)가 그 값을 결정한다. 이것을 몸이 느끼는 것이다. 주변의 온도가 낮은 곳이 있으면 「춥다」 것이다. 대개, 숯은 원적외선을 많이 낸다고 말할 수 없다. 보통으로 낼 뿐이다.
쾌적한 난방은 커다란 면적과 단열이 중요하다.
□ 마지막으로 원적외선 관련한 거짓말들을 정리해 보면
. 오해「트르마린이나 숯은 특별하게 많은 원적외선을 낸다」
정답「거의 모든 물질은 원적외선을 낸다. 내지 않는 물질이 드물다」
. 오해「낮은 온도의 물체로부터 방출된 원적외선은 혈행 개선 등의 몸에 좋은 효과를 가져온다」.
정답「낮은 온도의 물체로부터 방출된 원적외선은 생각할 필요가 없다」
. 오해「원적외선은 몸에 40~50 mm나 깊게 침투한다」
정답「1 mm도 들어가지 못한다」
. 오해「인체는 원적외선을 내지 않는다」
정답「인체는 원적외선을 잘 내 보낸다. 실제 그래서 방열을 하고 있다」
. 오해「원적외선에는 이런 효과가 있다」
정답「전부거짓말」
· 탈취 효과가 있다.
박테리아류의 악취를 없앤다.
· 방균 효과가 있다.
· 방습 효과가 있다.
· 항곰팡이 효과가 있다.
· 진드기의 번식을 억제한다.
· 진디물 등을 접근하지 못하게 한다.
. 오해「원적외선은 물을 활성화 한다」
정답「온도를 올릴 뿐」
. 오해「원적외선은 투과력이 강하다」
정답「대체로 흡수되기 때문에 여분의 투과할 것이 없다」
. 오해「특히 오염수의 정화 작용이나, 단백질 합성에 중요한 역할·작용을 미치는 광선이다」
정답「전부거짓말. 온도가 오르는데 따르는 영향 」
. 오해「원적외선 방사 물질이 인체 기능이 저하된 세포의 활력을 항진 시켜, 건강의 개선,
증진에 기여하고, 한편으로는 활성화 해서 어려운 암 세포나 급성 염증 세포를 다스린다.」
정답「전부거짓말. 대신 암세포는 고온에 약하다는 것은 사실이므로 적외선을 사용하면
약간의 효과가 있을 수도 있기는 함」
. 사기「파동(Vibration)이나 미약 에너지(Subtle Energy) 현상은 현대 과학의 체계에서는 이론
구축이나 설명이 완전히 불가능한 분야다. 우리는 이 비과학적이라고 버림 받은 이러한 현상에
대해 연구한 결과, 원적외선과 파동 에너지를 융합한 새로운 에너지인 2차 전사가 가능한 특수
기능수 원적외선 방사 파동수를 개발하는 데 성공 했다」
정답「···기가 막힌 거짓말」
. 사기「원적외선이 체내에 침투하면, 몸의 세포나 혈액의 60%를 구성하고 있는 수분을 활성화 한다.
물의 클러스터(물 분자의 덩어리)를 원적외선이 작게 쪼개서 물의 운동 에너지를 증폭하므로
마이너스 이온이 발생한다」
정답「물에는 클러스터 란 없다. 물의 운동 에너지가 늘어나는 것은 온도가 오르는 것 외에는 없다.
마이너스 이온 등과는 아무런 관계가 없다」
. 무리「소비 전력 600와트인데, 8폭 다다미 방까지 원적외선으로 난방 할 수 있는 획기적 난방기다」
정답「이것은 무리임」
. 사기「원적외선은 인체 세포와 공진하며 발열하는 원리이기 때문에 피부 표면으로부터 열만
전도하는 뜸기구나, 뜸보다 뛰어난 효과가 있는 것이다. 난치병의 관절 류마티스는 물론,
통풍, 만성 기관지염, 기관지 천식, 만성 간염, 위, 십이지장 괴양 등까지 치료 효과가 있다」
정답「. . . .뜸은, 인체의 경락이 되는 부분에 대하여 열 자극」
. 오해「일반 온수식이나 전기식 마루 난방법도 복사열을 이용한 난방이지만, 원적외선을 방사하는
량은 극히 적다. 그러나×××는 필름으로부터 방출되는 원적외선이 81.3%에 달하는 일본의
최상급이다」
정답「보통의 마루 난방법과 다르지 않다」
. 미신「트르마린이 발생하는 미약 전류가 인체 내에서 발생하는 생체 전류와 같은 대역의 원적외선
이라고 하는 것을 알 수 있다. 원적외선 효과는 근육의 긴장이 완화되기 때문에 높은 안정
효과를 기대할 수 있다」
정답「전류가 원적외선이라고? 이 글은 어느 트르마린 함유 화장품의 광고에 있었다. 사기다 」
□ 결론. 발열체가 200℃이상의 적외선만이 인체에 영향을 줄 수 있다.
■ 광고문 중에서 (일본의 상품광고)
원적외선 관련 선전 내용의 허와 실을 비교하기 위한 참고용 자료로 광고문의 일부를 발췌하여 봄
□ 상표명, 신천석(神天石)
. 블랙실리카(흑연규석)를 말함
. 블랙 실리카는 현재의 지표가 해저였을 때 바다 속의 플랑크톤이나 엽록체를 포함한 해조류 등이
수억년 세월 동안 침전·퇴적하였다가 현재의 지표로 융기 한 것으로서 현재는 유일하게 홋카이도
광산에서만 나오는 귀중한 천연 광석임
. 다종의 천연 미네랄이 많이 포함됨
다양한 활성 파동을 방사 발산하는 것이 특징
. 오수 정화제로서 사용하면 정화 미생물의 활성화에 의해 정화가 촉진
토양에「블랙 실리카」를 뿌리면 농작물 수확량이 증량 됨
보온, 발한을 촉진하여 온천 여관등에서 목욕탕의 벽, 타일, 기초, 온수 용출구 등에도 사용함
□ 상표명, 귀보석
. 원적외선은 생물의 생명을 기르는 광 자체며
빛(전자파)은 파장의 길이에 의해 분류됨
특히 파장이, 4~14미크론의 파장대를「육성 광선」이라 부르며, 사람이나 동식물을 구성하는
물질과 공명 공진 운동을 일으켜 열을 발생시키는, 생명에 제일 깊게 관여되는 파동임
암반 욕의 기본 소재로 쓰이는「귀보석」은 이 육성 광선을 매우 효율적으로 방사(방사율 90%이상)
하는 뛰어난 천연의「육성 광선」재료임
. 「귀보석」은 이온 밸런스(음이온 비가 높음)가 뛰어난,
방사성 물질을 포함하지 않는 안전한 파워 광석임
. 안전성을 고려해 감마-선을 방사하는 광물(라듐등)은 배제 함
. 구성성분
SiO
2
82.3%, Al
2
O
3
8.6%, Fe
2
O
3
1.1%, CaO 1.6%, MgO 0.4%, Na
2
O 2.3%, K
2
O 3.0%, TiO
2
0.3%
.원적외선 방사특성 비교표
□ 암반욕의 암석과 원적외선
(일본, 암반욕 가이드, 온천 협회)
. 천조석（天照石）
. 천조석은, 오이타현과 미야자키현의 현 경계의 깊은 산에서 발견되며,
태양광선의 조사나 자연의 동적인 힘·에너지를 흡수하여 전위를 올려,
4~14미크론의 원적외선(육성 광선)을 재방사 하는 천연 광석임
. 방사하는 원적외선(육성 광선)은, 세포의 활성화와 면역력을 향상시킴
「테라헬츠 광선」과「음이온」에 의한 힘이 인간의 자연 치유력을 끌어 냄
. 천조석은 테라헬츠 광선으로 불리는 파워를 가진 암석에서, 활성수, 선도 보관 유지, 숙성, 악취
제거 등이 판명되었고, 세포 활력 작용 등의 에너지를 방출해 과산화 지방질을 억제하는 등
피부병의 체질개선에도 효과를 올리고 있는 것으로 증명됨
토양 활성화, 생화나 식물 성장촉진, 음이온 작용 등 여러 가지 특성을 가짐
. 미향석（美向石, 응회질암）
. 큐슈 미야자키현 북부 타카치호 지방에서 발견된 타카치호 미향석(美向石)은
기능성 에너지를 가지고 있는 광석으로 주목 됨
이 미향석은 응회질암로 불리는 광석으로 규산 알루미늄, 칼륨, 칼슘, 철등의 성분을 함유
. 인체에 유용한 풍부한 천연 미네랄과 함께, 원적외선 방사율이 97%로 높음
5μ~20μ의 넓은 파장 영역에서 높은 방사율과 강도를 나타내는 특성을 가짐
신진대사를 활발하게 함으로서, 노폐물이나 몸에 불필요한 축적물을 피부로부터 배출시키고,
혈액 ·림프액 등 체액의 순환 촉진에도 유효함
. 라듐광석
. 홋카이도 후타마타 온천의 천연 석회암 동굴에서 채광되는 라듐 광석은 투석성, 탈취성, 항균성이
뛰어나 평활근 장기의 경련 완화, 연동 촉진, 호르몬 분비 항진, 소염, 항알레르기 등 다양한 기능
으로 각 장기에 활성을 줌. 극 미량의 라듐 방사선은 인간의 자연 치유력을 높이고 신진대사를
활발하게 하는 기능이 있다고 함
. 라듐 광석은 땅 밑에서 천연의 방사선을 방출하고 있는 방사성 광석으로 알파선, 베타 선,
감마-선을 방출하고 있음
. 라듐에 지하수가 통과하면 방사성을 가진 라돈과 토론이라는 가스(기체 원소)를 발생한다고 함
지하수가 방사성 광석의 근처를 거쳐서 올라온 것이 라듐온천임
체내에 들어간 미량 방사선이 세포에 자극을 주어 체내 신진대사가 촉진되고 몸의 면역력이나
자연 치유력이 높아진다는 것, 이것을 방사선의 호르미시스 효과라 함
. 블랙 실리카 (흑연 규석)
. 홋카이도 히야마군 가미노구니쵸에서 채굴되는 블랙 실리카
. 카미노쿠니(上ノ國)에서 나오는 블랙 실리카는 수 억년동안 해저의 규조류가 퇴적된 흑연 규석임
블랙 실리카로부터 방출되는 원적외선은 생육 광선으로 불리는 저 파장대의 열선으로, 인체에
흡수되면 발한을 재촉해 혈액, 체액의 순환을 활발하게 함
특히 생체의 세포를 활발하게 하여 동식물도 건강하게 자라게 하는 효과가 있음
. 자철광이 포함되어 파동 에너지가 방사됨
또, 블랙 실리카로부터 발생하는 음이온은 약 25,000개/cc로 토르마린 보다 높음
. 맥반석(麥 飯石, 석영반암)
. 맥반석은 중국에서 예전부터「약돌」로 이용되어 온 석영반암(石英斑岩) 임
수 억년간 해저에 있으면서 해수의 양분을 충분히 마신 화강암의 일종
맥반석은 정화 작용이 있어, 공기중의 유해 화학물질을 흡착하고, 탈취 효과가 뛰어남
물에 포함된 유해 물질을 제거하며, 인체 필수 미네랄(칼륨·인·철·동·망간·마그네슘등)을 용출시킴
. 미용에 효과가 있고, 피부의 탄력성을 높임
원적외선 방사 작용이 있어, 몸을 따뜻하게 하여 발한 작용 촉진으로 피지 물질을 배출시켜 줌
. 귀보석(貴寶石)
. 일본의 남 알프스(南アルプス)에서 최근 발견된 것으로,
자연계에서 제일 높은 원적외선 방사 에너지와 음이온 발생량을 가짐
수정에 가까운 천연의 활성(活性)석임
. 약 3000 만년전의 지구 조산(造山) 운동의 에너지를 흡수·재방사하고 있음
자연 환경의 정화나 건강산업 분야에 넓게 이용되고 있음
원적외선 방사율은 다른 천연석 보다 훨씬 큰 96.7%로 상온에서도 원적외선을 방사하는 천연 광석
. 북투석（北投石）
. 온천에 잠겨 있던 바위 표면에 온천의 성분이 연간 0.05~0.1 mm정도 씩 결정이 되어
오랜 세월에 걸쳐 형성된 백색과 갈색의 광물임, 약석으로 이용됨
秋田?玉川 온천（일본）、湯?市川原毛유황광산（일본）、北投온천（대만）의 3 곳에서 산출됨
일본에서는 1952년 천연기념물로 지정되어 법률에 의해 채취 등이 금지됨
대만에서도 보호 규제되어 국외 반출이 금지됨
. 성분은 중정석(황산바륨)과 유산 납광(유산 납)의 중간이며, 불순물로서 라듐 등의 방사성 원소를
포함하고 있기 때문에, 방사성 미량 원소를 포함하는 것임
라듐선 이외에도 다른 라듐 온천에서는 거의 볼 수 없는「라디오납」「Polonium」
「아크아치움」「이오니움」이라고 하는 방사선이 방사되고 있음
. 방사성 미량 원소를 많이 포함한 북투석 암반 욕은 건강에 효과적인 것으로 알려짐
. 조모성광석(祖母聖光石, holy stone , 헤른홀츠)
. 큐슈 지방 특정 화산 지대에서 나오는 파동(波動)석임
중생대 지각변동의 해저 융기 등으로 올라온 광상으로 보며,
매우 경도가 높은 띠 형태의 줄기가 특징임
. 광석이 가지는 에너지는 원적외선 음이온 이상의 것으로서 투과력이 있음
천연 암석은 열과 물의 마찰 등에 의해 그 효과를 발휘함
원적외선의 방사율 92%이상인 매우 훌륭한 방사율을 보임
원적외선 방사 효과와 음이온 방사로 소취 항균 탈취 효과 있음
6~14미크론의 육성 전자파로 불리는 파장대를 방출함
. 성분 조성
SiO
2
66.2%, Al
2
O
3
13.0%, TiO
2
0.4%, Fe
2
O
3
3.0%, MgO 5.0%,
CaO 2.5%, Na
2
O 4.1%, K
2
O 3.2%, 강열감량 1.1%
□ 주요 광석의 조성 및 원적외선 방사율 비교
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | Na2O | K2O | TiO2 | 적외 방사율 | |
| . 귀보석 | 82.25 | 8.59 | 1.06 | 1.55 | 0.37 | 2.26 | 2.96 | 0.33 | 90% 이상 |
| . 흑요석 | 73.84 | 13.0 | 1.82 | . | . | 3.82 | 3.92 | . | . |
| . 토루마린(흑 | 38.5 | 35.9 | 3.0 | 0.2 | . | 0.5 | 0.1 | . | 평균90% |
| . 대곡석 | 66.96 | 12.55 | 1.25 | 1.92 | 0.47 | 2.37 | 2.35 | . | . |
| . 맥반석 | 66.76 | 14.01 | 1.29 | 2.0 | 3.55 | 3.16 | 3.19 | . | . |
| . 석묵 | 67.2 | 14.5 | 1.29 | 1.64 | 1.81 | 2.25 | 2.87 | . | 평균80% |
(천매암, 주석)
□ 음이온 발생
. 코로나 방전 - 2극방전 : 공기청정기, 에어콘 .
레너드 식 - 물의 해리(解離) : 폭포수의 효과, 분무대전(帶電), 공기청정기
. 전자 방사 식 - 단극방전(單極放電) : 공기활성기, 물과 기름의 分子帶電 .
전정 유도 식 - 마이너스 전위부가, 전위 치료기, 이종귀금속 마찰내전
. 원적외선 방사 관련
. 광촉매 식 - 금속, 산화티탄 등
. 방사능 물질 - 라돈, 라듐, 온천광석 등 .
전기석 - 토르마린, 수정, 호박 등
. 천연광석 - 자철광, 의왕석, 맥반석, 장석 등 .
탄 - 비장탄, 죽탄, 송과탄, 과실탄,곡탄 등
. 미네랄 소재 - 산호, 조개, 화석, 규조토, 점토 등
■ 광고문 중에서 (각종 상품광고 중)
(방사율) 방사에너지 (W/m2.μm, 37 ℃)
. 기능성 세라믹 페인트 ( ) 3.70 * 102
. 악세사리 (95%) 3.49 * 102
. 게르마늄 팔찌 (91%) 3.49 * 102
. 바이오 세라믹 (93%) 3.74 * 102
. 목화솜 탄화물 (89%) 4.94 * 103
. 바이오 세라믹볼 (93%) 3.57 * 102
. 현무암 테라피 ( ) 3.57 * 102
. 백토가인(비누) (92%) 3.70 * 102
. 가우스 시계 (92%) 3.74 * 102