열복사

목차

1. 실험제목
2. 실험목적
3. 이론
4. 실험 과정
5. 측정값
6. 계산과정
7. 결과값
8. 결과분석 및 오차해석
9. 고찰

본문내용

1. 제목 : 열복사 실험

2. 목적 : 물체를 가열할 때 물체에서 방출되는 복사에너지와 물체의 온도 관계를 관찰하고 스테판-볼츠만의 관계식을 유도한다.

3. 이론
열은 다른 형태의 에너지(예: 전기에너지, 역학적에너지)로부터 변환되기도 하지만 외부와의 열의 전달이 가능한 계에서는 전도, 대류, 복사라는 세가지 방법으로 열의 전달이 일어난다. 실제로는 둘 또는 세가지 현상이 동시에 일어난다. 긴 금속막대의 한쪽을 달구면 반대쪽도 금방 뜨거워지는 것과 같이 전도는 분자가 매우 짧은 거리를 이동하여 충돌에 의해 일어나는데 비하여, 대류는 열을 방으로 보낼 수 있는 송풍기가 달린 난방장치의 경우와 같이 분자가 긴 거리를 이동하여 일어난다. 이와 같이 전도나 대류는 물질이 있는 경우에만 가능하다. 그러나, 지구상의 모든 생명체의 에너지원인 태양열은 거의 물질이 없는 진공 속을 달려온 것이다. 이런 방식의 에너지 전달이 바로 ‘복사’다. 나중에 알게 된 사실이지만 사실 복사는 전자파로 이루어져 있다. 태양광선은 가시광선과 비가시광선으로 구성되어 있는데, 그 중 적외선이 주로 지구를 감싸는 역할을 한다. 물체의 에너지 복사율은 ‘스테판-볼츠만의 법칙’에 EK르며 이는 ‘단위면적, 단위시간 당 복사에너지는 복사체 표면온도의 4제곱에 비례한다’는 것을 말한다. 즉, R=εσT⁴ 여기서 ε는 복사율, σ는 스테판볼츠만 상수(σ=5.67x10-8 watt/m2k4), T는 캘빈온도이다. 흑체와 같이 완전 복사체의 경우는 ε=1이고, 대부분의 물체의 경우는 0<ε<1이다. 우리는 이 실험에서 열공동장치인 알루미늄 입방체를 100℃ 이내에서 가열하며 일정한 거리에 도달하는 복사에너지를 측정(복사에너지에 비례하는 전압을 발생하는 적외선센서를 이용)하여 복사에너지와 물체의 온도사이의 관계를 조사한다.
백열 필라멘트에 의해 얻어질 수 있는 높은 온도(약 1000K~3000K)에 대한 스테판 볼츠만의 법칙을 조사할 때 주위의 온도는 실험에서 무시될 수 있을 만큼 충분히 작다. 그러나, 100℃ 이하에서 물질을 가열하며 복사열을 측정하는 이 실험에서, 주위온도는 무시될 수 없다.

참고 자료

초급물리실험