'포항공대' 물리실험- 텅스텐 필라멘트의 저항측정을 통한 흑체복사에서의 스테판-볼츠만 법칙 검증

소개

<포항공대 물리학과 물리실험 과목 레포트>
막스 플랑크의 흑체복사 이론과 흑체에서 스테판-볼츠만 법칙을 검증하기 위해 텅스텐 필라멘트에 전류를 걸어주어 저항을 측정한 실험입니다.
초록-도입-이론-실험방법-결과 및 분석-결론 순서이며, 실제 실험한 데이터와 직접 그린 그림, 그래프가 포함되어 있습니다.
워드로 작성되어 있어 본문 글, 그림, 수식, 그래프의 복사 붙여넣기가 쉽습니다!

아래와 같은 학생에게 도움이 될 것입니다.
1. 해당 과목을 수강하여 참고할 보고서가 필요한 물리학과 학생
2. 일반물리 실험 보고서 작성 요령이 어려운 공대 학생
3. 흑체복사, 양자역학 등 과학에 관심이 많은 고등학생

목차

I. 도입 (Introduction)
II. 이론 (Theory)
III. 실험방법 (Experiment)
IV. 결과 및 분석 (Result & Analysis)
V. 결론 (Conclusion)

본문내용

본 실험에서는 양자역학의 태동을 이끈 흑체복사 연구, 흑체의 복사에너지에 대한 실험식인 스테판-볼츠만 법칙의 타당성을 탐구해본다. 스테판-볼츠만 공식에 의하면 흑체의 단위면적당 단위시간당 방출하는 에너지는 그것의 절대온도의 4승에 비례한다. 본 실험에서는 텅스텐 필라멘트라는 흑체를 이용, 그것의 저항으로 온도를 추정하여 그때의 에너지를 thermopile로 측정해 스테판-볼츠만 법칙을 확인하였다. 에너지는 필라멘트의 절대온도에 기울기 4로 비례해야 했는데, 실험값은 5.18로 29.6 %의 오차를 기록했다. 오차의 원인으로는 온도측정과 외부의 빛에너지 유입으로 생각된다.

Introduction
뜨거워진 물체는 빛을 방출한다. 이에 대한 탐구는 오래 전부터 있었는데, 키리히호프는 오로지 물체의 온도에만 의존하여 빛을 방출하는 흑체를 고안해낸다. 흑체에 대한 연구는 계속 이어져 요제프 슈테판과 루트비히 볼츠만은 각각 실험적으로, 이론적으로 흑체의 복사에 관한 스테판-볼츠만 법칙을 만들어낸다. 흑체에서 방출하는 단위 면적당 단위 시간당 에너지는 물체의 온도의 4승에 비례한다는 것이다. 흑체의 복사에 대한 이론적 연구는 플랑크가 에너지 양자화를 도입함으로써 설명할 수 있었고, 이것은 곧 양자역학의 태동을 이끌었다.

Theory
1. 흑체복사
물체는 뜨거워지면 열을 방출하는데 이를 전자기파 복사라고 한다. 방출하는 전자기파의 진동수는 물체의 온도에 의존한다. 모든 물체는 표면에 부딪히는 복사열의 일부를 흡수하고 나머지를 방출하는데, 자신에게 부딪히는 모든 복사를 흡수하는 이상적인 물체를 흑체라고 한다. 실험실에서 흑체는 매우 작은 구멍이 뚫린 속이 빈 물체로 근사한다. 구멍 속으로 들어간 빛은 내부의 벽면에 반사를 반복하다가 결국 벽면에 흡수된다. 흑체는 물질에 관계없이 온도에만 의존하는 복사를 한다. 그림1은 특정 온도에 대한 복사선의 그래프이다 .

참고자료

· 없음