흑체복사 (blackbody radiation)

소개

복사열전달의 기본인 흑체복사에 대한 레포트

목차

1. 기본개념
2.개론적인 내용
3. 이론
1)빈의법칙
2)윈의법칙
3)스테판-볼쯔만법칙

본문내용

1.기본개념
물체표면의 복사특성을 기술할 때, 흑체(黑體;Blackbody)의 개념을 사용하는 것이 유용하다. 흑체는 복사의 파장과 방향에 관계없이 입사되는 복사를 흡수하고, 주어진 온도와 파장에서 어떠한 표면도 흑체보다 많은 에너지를 방사할 수 없는 특징을 가지고 있다. 또 흑체에 의하여 방사되는 복사는 파장과 온도의 함수이나 방향에는 부관계한 확산 방사체이다. 이러한 특징으로 환전한 흡수체와 방사체로서, 물체 표면의 복사성질을 비교하는 표준으로 이용된다.
흑체는 이상적인 물체로 어떤 물체는 흑체와 비슷하게 근사화 될 수는 있으나, 이 물체가 정확하게 흑체의 성질을 완벽하게 나타낼 수는 없다. 가장 비슷하게 흑체를 나타낼 수 있는 것은 내부표면이 등온인 공동에 의해 이루어 질 수 있는데 이 때문에 공동복사(空洞輻射)라고도 한다. 특히, 벽이 일정 온도 T로 유지되어 열평형에 이르렀을 경우, 내부의 복사는 온도 T의 완전흑체(完全黑體)가 발하는 복사와 완전히 같은 파장분포를 보인다. 실험적으로는 공동의 일부에 작은 구멍을 뚫어, 여기서 복사되는 온도 T의 흑체복사에 대하여 살핀다.
M.플랑크는 양자론을 처음으로 적용하여 유명한 복사에너지의 파장분포식(플랑크의 복사식)


을 유도하였다. 여기서 c는 광속(光速), h는 플랑크상수, r는 볼츠만상수이다. 이 식에서 빈의 변위법칙이나 슈테판-볼츠만의 복사를 이끌어낼 수 있다. 흑체복사는 노(爐)나 별 등의 온도를 추정하는 데 사용한다.

플랑크가 연구하고 있던 현상의 이름은 흑체복사(black-body radiation)이다. 흑체복사는 완전히 흡수하는 무반사, 무광택의 검은 물체에서 나오는 방사를 말한다. 검은 것은 색이 없음을 뜻하므로 흑체는 가열하지 않는 한 색깔이 없다. 가령 흑체가 어떤 색을 낸다면 그것은 인위적으로 거기에 에너지를 가했기 때문이고 자연발생적으로 그 색채를 반사하거나 방출하지 않음을 알 수 있다.
흑체란 반드시 검은 고체를 뜻하지는 않는다. 조그마한 구멍이외는 완전히 밀폐된 금속상자 하나가 있다고 가정하자. 그 안을 들여다보면 무엇이 보일까? 아무것도 보이지 않는다. 그 안에 빛이 없기 때문이다.(그 구멍으로 빛이 조금은 들어오겠지만 무엇이 보일 정도가 되지는 못한다.) 그러면 그 상자가 시뻘겋게 달아오를 때 까지 열을 가하여 그 구멍으로 들여다보면 붉은색이 보인다. 이것이 플랑크가 연구했던 현상이다.

참고자료

· 1.새대학 물리
· 2.현대물리학 - Beiser저
· 3. Introduction to Heat transfer - Frank P.Imcropera/ David P. DeWitt