흑체 복사의 Stefan-Boltzmann의 법칙 결과 보고서

소개글

응용물리실험
흑체 복사의 Stefan-Boltzmann의 법칙
결과보고서입니다.

목차

실험 제목
- 흑체 복사의 Stefan-Boltzmann의 법칙

목적
- Gray body의 복사 에너지는 온도의 함수만으로 나타낼 수 있음을 흑체 복사의 법칙을 통해서 이해한다.

1. 실험 요약

2. 실험 결과

3. 결과 분석 및 고찰

4. 연구 과제

4.1 온도에 따른 금속 저항에 대해 알아보자.
4.2 Thermoelectric effect 에 대해 알아보자.
4.3 Thermopile 에 대해 알아보자.

참고 문헌

본문내용

1. 실험 요약

열복사란 고온의 물체에서 빛이 복사되는 것을 말한다. 예를 들어 철에 열을 가하면 처음에는 눈에 보이지 않는 적외선이 복사된다. 더욱 온도를 높이면 적색에서 황색을 띤 빛이 복사되고 좀 더 고온으로 하면 청백의 눈부신 빛을 발하게 된다.



이러한 현상을 설명하기 위해 19세기말 독일에서 흑체복사 연구가 진행 되었는데 이 연구로부터 위 스펙트럼을 얻었다. 이 스펙트럼은 당시 알려져 있던 별도의 2가지 실험식이 포함되어 있다. 하나는 슈테판-볼츠만 법칙(1884)이라는 것으로 열복사의 총에너지는 복사체의 절대온도의 네제곱에 비례한다는 것이다. 그리고 다른 하나는 빈의 변위 법칙(1893)으로 열복사의 에너지가 최대가 되는 빛의 파장과 복사체의 온도가 일정하게 된다는 법칙이다. 즉 온도가 높아지면 복사 에너지가 가장 강한 빛의 파장은 작아진다는 것이다. 따라서 색은 적색에서 황색, 청색으로 변화한다는 것을 나타내는 법칙이다. 그러나 이는 단지 실험적으로 얻어진 법칙으로 이론적으로 해석하지 못하였다.
이러한 현상을 설명하기 위해 처음 Rayleigh- Jeans에 의해 고전 열 및 통계 역학의 등분배 법칙을 이용하여 흑체 복사 공동내의 허용된 정상파수의 전자기파 스펙트럼 수를 계산하였다. 에너지 분포식을 얻었다. 그러나 이 분포식은 긴 파장 영역에서의 실험 결과만 일치하고 전 영역에서 설명할 수 없었다. 이러한 불일치를 해결하기 위해 플랑크는 1900년에 공동내벽의 원자 진동자는 빛을 흡수, 방출하는 과정에서 그 빛의 진동수에 비례하는 불연속적인 양만을 주고받는다고 가정하였다. 즉 빛의 에너지 양자 의 개념을 도입하여 새로운 에너지 분포식을 제안하였다. 즉 ‘에너지 양자’란 고온의 물체에서 복사된 빛의 에너지가 진동수 에 비례하는 의 집합이라는 견해이다. 그 시대에는 빛을 파동이라는 견해가 주류였는데, 이는 빛을 에너지 덩어리로서 마치 입자처럼 생각하여 계산하는 것이다. 이러한 방식으로 계산된 결과는 다음과 같다.

참고 자료

물리상수는 어떻게 생겨났을까 / 1997 / 샤이죠 토시미 저 / 김재영 역 / 아카데미서적
통계열물리 / 2000 / 김인묵, 김엽 저 / 범한서적
고체물리학 / 1997 / Charles Kittel 저 / 범한서적