Heat Radiation, Thermal Radiation   열 복사, 열 방사, 복사 열

1. 열 복사 (Heat Radiation)

  ㅇ 전자기파 전파에 의한 열 전달 현상 (즉, 에너지 전달 현상)
     - 유한한 온도를 갖는 물체가, 전자파 형태로 에너지를 방출(또는,흡수)하는 현상

  ㅇ 0 [K] 이상의 온도를 갖는 모든 물체는, 전자기파 복사 에너지를 방출
     - 물질 내 원자,분자,이온 등 물질 입자가, 열 진동에 의해, 외부로 에너지를 방출함

  ㅇ 다만, 파장 범위가, 대략 0.1 ~ 100 [㎛] 정도에서의 복사를 주로 `열 복사`라 일컬음
     - 즉, 자외선 파장대역 중간에서 가시광선,적외선 파장대역 전체에 걸친 파장대역
        . 저온에서는 적외선이 방사되지만, 수백도 정도 이상이면 가시광선이 나타남
     - 그러나, 빛도 물론 열 복사를 하지만, 
        . 주로, 시각적 특성을 보이지 않는 스펙트럼 영역을 `열 복사` 라고 말함


2. 열 복사의 특징/관련사항

  ㅇ 열복사의 기준 물체 : 흑체(Blackbody)
     - 흑체는 들어오는 복사에너지를 모두 흡수하는 (즉, 흡수율 = 1) 가상물체
     - 오직, 온도에 의해서 만 열복사를 함 (온도에 따라, 모든 파장의 빛을 방출함)

  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. 열 복사와 관련된 법칙

  ㅇ 키르히호프의 열복사 법칙 (Kirchhoff's Law of Thermal Radiation)
     * (비록, 복사 분포에 관한 수식을 제시 못하였지만, 다음과 같은 의견들을 제시함) 
     - 복사 및 흡수의 균형 : 열평형 하 물체에서 파장별 방출 복사 에너지와 흡수 복사 에너지는 동일
     - 흑체(완전 흡수체)의 특성 : 검게 보임 
     - 흑체의 등가성 : 챔버 구멍에서 나오는 복사는 같은 온도의 흑체에서 나오는 복사와 동일

  ㅇ 슈테판-볼츠만 법칙 (Stefan-Boltzman Law)
     - 단위 면적당 단위 시간당 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, Planck's Law)
     - 파장에 따른 복사에너지 분포를 나타낸 식
       
        . Sλ(T) : 절대온도 T에서 단위 면적당 분광 복사속
        . c1 : 3.7415 x 10-16 [W/㎡]
        . c2 : 1.4388 x 10-2 [m·K]


4. 양자역학의 태동  

  ㅇ 1900년, Max Planck는 가열된 물체의 열 복사 실험결과와 관련해서,
     - 가열된 물체 표면으로부터 방출되는 열 복사는,
     - 양자라는 불연속적 에너지 덩어리라는 가설을 제안
     - 이는, 에너지 양자화로써, 양자역학의 기본 가정 중 하나임

  ㅇ 이는 고전물리학의 실패에 대한 암시