절대 제로 이상의 온도에서, 모든 정상 물질은 전자기 방사선을 생성하며, 이는 신체의 내부 열 에너지를 전자기 에너지로 변환하기 때문에 열 방사선이라고합니다. 반면에 정상적인 물질은 전자기 방사선을 어느 정도 흡수합니다. 흑체는 모든 파장에서 떨어지는 모든 방사선을 흡수하는 물체입니다. 흑체가 일정한 온도로 유지되면 방출은 온도에 비례하는 주파수 분포를 갖습니다. 흑체 방사선은이 유형의 방출의 이름입니다.
주변 온도의 흑체는 방출하는 에너지의 대부분이 적외선이기 때문에 육안으로 보이지 않기 때문에 검은 색으로 보입니다. 인간의 눈이 낮은 주파수에서 광파를 구별 할 수 없기 때문에, 객관적인 물리적 스펙트럼이 적외선 범위에서 피크를 피우는 것에도 불구하고 가장 낮은 관찰 가능한 온도에서 어둠 속에서 볼 수있는 흑체는 회색으로 보입니다. 조금 더 뜨거워지면 칙칙한 붉은 색이 변합니다. 온도가 상승하면 노란색, 흰색, 결국 푸른 흰색으로 변합니다.
흑체 방사선은 실험의 신체 온도에만 의존하는 뚜렷하고 연속 주파수 스펙트럼을 가지고 있습니다. 실제로, 우리는 훨씬 더 구체적 일 수 있습니다 :
1. 신체는 특정 온도와 주파수에서 방사선을받는 것과 같은 방식으로 방사선을 방출합니다.
2 Gustav Kirchhoff는이 진술을 확인했습니다. 요점은 우리가 특정 신체가 방출하는 것보다 더 잘 흡수 될 수 있다고 가정하고, 같은 온도에서 물체로 가득 찬 방에서 에너지를 다시 방출하는 것보다 다른 신체에서 방사선을 더 잘 흡수한다는 것입니다. 이것은 방의 나머지 부분이 식 으면서 가열되며, 이는 열역학의 두 번째 규칙을 직접 위반하는 것입니다. 열역학의 두 번째 규칙을 위반하지 않으려면 물질은 특정 온도와 주파수에서 동일한 방사선을 흡수 할뿐만 아니라 방사선을 생성해야합니다.
절대 제로 이상인 모든 본체는 어느 정도 방출되며, 신체의 상세 구조에 따라 방사선의 강도와 주파수 분포가 다양합니다. 열 방사선 분석을 시작하려면 먼저 방사되는 신체를 정의해야합니다. 가장 간단한 상황은 완벽한 흡수기 인 이상적인 엔티티이므로 완벽한 이미 터 (위의 논리를 기반으로)입니다. 그렇다면 실험실에서 완벽한 흡수기를 어떻게 구축 할 수 있습니까? Kirchhoff는 1859 년에 화려한 개념을 가졌습니다. 거대한 상자 측면의 작은 구멍은 큰 흡수기입니다. 내부를 통과하는 방사선은 내부 주위를 통과하여 각 바운스마다 많은 에너지를 흡수하고 탈출 할 가능성이 거의 없기 때문입니다. 따라서 우리는 그것을 거꾸로 할 수 있습니다 :측면에 작은 구멍이있는 오븐을 만들고 구멍에서 나오는 방사선은 우리가 얻을 수있는만큼 완벽한 이미 터에 가깝게되어야합니다
Stefan-Boltzmann의 법률
Stefan-Boltzmann Law (1879)는 1 평방 미터의 검은 색 표면에서 방사 된 총 전력 (즉, 그림 1.1.3의 모든 방출 주파수에 통합)이 절대 온도의 네 번째 전력 (그림 2)이 실험 관찰에 기초한 최초의 정량적 추측이었다.
p =σt 여기서,
P는 품목에 의해 제곱 미터 (와트/m2) 당 방사선의 총 방사량입니다.
Stefan-Boltzman Constant (5.6710-8 Watts M-2K-4)는 물리학에서 일정합니다.
t는 물체의 절대 온도 (k)
입니다Boltzmann은 1884 년 전자기 방사선으로 채워진 상자에 고전적인 열역학적 추론을 적용하고 Maxwell의 방정식을 활용하여 에너지 밀도와의 압력과 관련하여 T4behaviour를 발견했습니다. 즉, 구멍을 통해 탈출하는 적은 양의 에너지는 내부의 방사선의 강도와 동일한 온도 의존성을 가질 것이다.
Wien의 변위 법칙
Wien의 변위 법은 실험에서 두 번째 현상 학적 발견이었습니다. 주어진 온도에서 신체에 의해 방출되는 빛의 우세한 (피크) 파장 또는 색은 Wien의 법칙에 의해 결정됩니다. 방출 된 방사선이 가장 강한 주파수는 오븐 온도에 따라 다릅니다. 주파수는 실제로 절대 온도와 직접 관련이 있습니다.
v max
5.8791010Hz/k는 비례 상수입니다
Boltzmann의 열역학적 논리에 따라 Wien은 1893 년 에이 법을 이론적으로 추론했습니다. 미국 천문학자인 Langley는 이전에 적어도 반 정중하게 그것을 발견했습니다. 모든 사람들은 T와의 최대의 상향 변화에 익숙합니다. 철분이 화재로 요리되면 초기 가시 방사선 (약 900k)은 깊은 빨간색이며 가장 낮은 주파수 가시 광선입니다. 방사선 강도의 피크가 자외선으로 가시적으로 이동 한 매우 높은 온도 (10,000 K 이상)에서는 색조가 오렌지, 노란색으로, T가 증가함에 따라 파란색으로 변합니다.
.결론
결과적으로, 온도가 상승함에 따라 어두운 몸체에 의해 방사되는 에너지의 양은 자라야합니다. 우리는 흑체에 의해 방출되는 총 방사선의 총 에너지가 이러한 이유에 기초 하여만 열역학적 온도의 단조롭게 증가하는 기능에 비례하다고 결론을 내린다.
