1. 열 복사 (Heat Radiation)
ㅇ 전자기파 전파에 의한 열전달 현상 (에너지 전달 현상)
- 유한한 온도를 갖는 물체가 전자파 형태로 에너지를 방출 또는 흡수함
. 0 [K] 이상의 온도를 갖는 모든 물체는 전자기파 복사 에너지를 방출
ㅇ 파장 범위가, 대략 0.1 ~ 100 [㎛] 정도에서의 복사를 주로 열복사라 일컬음
- 즉, 자외선 파장대역 중간에서 적외선 파장대역 전체에 걸친 파장대역
- 한편, 빛도 물론 열 복사를 하지만, 그 보다는 시각적 특성을 보이지 않는
스펙트럼 영역을 주로 열복사 라고 말함
2. 열복사 특징/관련사항
ㅇ 열복사의 기준 물체 : 흑체(Blackbody)
- 흑체는 들어오는 복사에너지를 모두 흡수하는 즉 흡수율 = 1 인 가상물체
ㅇ 열복사와 온도와의 관계 : 색온도(Color Temperature)
- 온도에 따라 물체의 열복사 분광 특성 즉 색(Color)이 달라지며,
이때의 흑체 온도를 색온도라고 함
. 색온도는 빛/복사의 분광 특성을 온도의 개념으로 정의한 것
ㅇ 열복사 발생 원인 : 열운동(Thermal Motion)
- 열복사는 물체 내의 원자나 분자의 작고 불규칙한 운동(열운동)에 의해 발생
ㅇ 열복사 스펙트럼 분포 : 연속적인 스펙트럼
- 넓은 진동수영역에 걸친 연속 스펙트럼을 갖음
. 복사에너지 및 그 진동수분포(파장분포)는 표면의 성질과 온도에 따라 결정됨
3. 열복사 관련 법칙 및 양자역학
ㅇ 슈테판-볼츠만 법칙 (Stefan-Boltzman Law)
- 단위면적당 단위시간당 전체 복사 에너지는 절대온도의 4 제곱에 비례
. σ : 스테판 볼츠만 상수 5.6703 x 10-8 [W/(㎡ K4)]
ㅇ 빈의 변위 법칙 (Wien Displavement Law)
- 흑체에서 최대분광복사가 일어나는 파장 λm은 온도에 반비례
ㅇ 플랑크의 방사법칙 (Planck Radiation Law)
- 파장에 따른 복사에너지 분포를 나타낸 식
. Sλ(T) : 절대온도 T에서 단위면적당 분광 복사속
. c1 : 3.7415 x 1.016 [W/㎡], c2 : 1.4388 x 10-2 [m·K]
※ 양자역학의 태동
- 1900년, Max Planck는 가열된 물체의 열 복사 실험결과와 관련해서,
. 가열된 물체 표면에서 방출되는 열 복사는 양자라고하는 불연속적 에너지 덩어리라
는 가설을 제안 => 에너지 양자화 (양자역학의 기본 가정 중 하나)
- 이는 고전물리학의 실패에 대한 암시