목차(열방사 3가지 법칙)
열방사 3가지 법칙
❓온도방사란
- 모든 물체는 온도를 상승시키면 연속적인 방사스펙크럼을 방사하는데 이를 온도방사라고 한다
- 온도방사 법칙은 절대온도와 방사에너지, 분광방사, 파장과 관계하는 정도에 따라 스테판-볼츠만 법칙, 플랭크의 방사법칙, 윈의 변위법칙이 적용된다
- 백열전구, 할로겐 전구가 대표적인 온도방사법칙을 이용한 광원인데, 필라멘트의 온도방사이론에 의한 열방사 광원으로 온도방사법칙의 적용을 받는다
1️⃣스테판-볼츠만 법칙
- 절대온도와 전방사에너지의 관계법칙으로 전방사에너지는 절대온도의 4승에 비례한다
\[S=\sigma T^4[W/m^2]\]
- 응용
- 백열전구에 높은 전압을 가해 필라멘트의 온도를 높아면 전방사에너지가 높게 방사되어 효율이 높아지고 밝아진다
- 백열전구의 텅스텐필라멘트를 융점 부근까지 많이 높이는 이유이지만, 필라멘트의 온도를 높이면 필라멘트의 증발이 빨라져 광속이 저감되고 수명이 단축된다.
2️⃣플랭크의 방사법칙
- 절대온도와 분광 방사와의 관계법칙으로 절대온도에 따른 분광방사는
\[S_\lambda=\frac{C_1}{\lambda^5}\times\frac{1}{e^{C^2/\lambda T}-1}[X\cdot m^{-3}]\]
\[C_1=3.714\times10^{16}[W\cdot m^2]\]
\[C_2=1.438\times 10^{-2}[m\cdot \deg]\]
- 응용
- 백열전구의 온도를 상승시키면 색온도가 증가하여 분광 방사속이 증가한다
- 백열전구 및 할로겐 전구의 온도를 상승시키면 연색성이 개선되어 색감의 표현이 좋아진다
- 백열전구보다 할로겐 전구의 필라멘트 온도가 높은데 할로겐 전구가 일반 백열전구 보다 연색성이 좋은 이유이기도 하다
3️⃣원의 변위법칙
- 절대온도와 파장과의 관계법칙으로 온도가 상승하면 파장이 짧아진다. 파장이 짧으면 더 멀리 보낼 수 있고 직진성을 가지는데, 이것을 에너지가 크다고 한다
\[\lambda_m\cdot T=2.876\times10^{-6}[nm\cdot \deg]\]
- 응용 : 필라멘트의 온도를 높여 조도를 높이는 효율을 달성할 수 있지만 필라멘트가 그 열에 견딜 수 있어야 하고, 또한 휘도를 제어하기 위한 조명기구의 역할이 필요하다
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열방사 3가지 법칙
💯기출문제
○H01 스테판-볼츠만의 법칙(Stefan-Voltzmann Law)을 설명하시오.
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🌐V1006Z24
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