요제프 슈테판

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1. 개요
2. 생애
- 2.1. 초기 생애 및 교육
- 2.2. 학문적 경력
3. 주요 업적
- 3.1. 슈테판-볼츠만 법칙
- 3.2. 기타 연구
4. 유산
참조

1. 개요

요제프 슈테판은 1835년 오스트리아 클라겐푸르트에서 태어난 슬로베니아계 오스트리아의 물리학자이자 수학자이다. 그는 빈 대학교에서 수학과 물리학을 공부하고, 1866년부터 빈 대학교 물리학 연구소 소장, 오스트리아 과학 아카데미 부회장 등을 역임했다. 슈테판은 1879년 슈테판-볼츠만 법칙을 도입하여 태양 표면 온도를 최초로 정확하게 계산했으며, 기체의 열전도, 증발, 확산 분야에서도 업적을 남겼다. 슈테판의 이름을 딴 슈테판-볼츠만 법칙, 슈테판-볼츠만 상수, 슈테판 문제 등 다양한 물리 및 수학 개념들이 존재하며, 슬로베니아의 요제프 슈테판 연구소와 달의 슈테판 분화구도 그의 이름을 따서 명명되었다.

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요제프 슈테판 - [인물]에 관한 문서
기본 정보
요제프 슈테판
원어 이름	슬로베니아어: Jožef Štefan 독일어: Josef Stefan
출생	장크트페터 (현재의 클라겐푸르트), 오스트리아 제국
출생일	1835년 3월 24일
사망	빈, 오스트리아-헝가리 제국
사망일	1893년 1월 7일
학문 분야 및 경력
분야	물리학
직장	빈 대학교
모교	빈 대학교
박사 지도 교수	안드레아스 폰 에팅스하우젠
박사 과정 학생	루트비히 볼츠만 마리안 스몰루호프스키 요한 요제프 로슈미트
업적
주요 업적	슈테판-볼츠만 법칙 슈테판-볼츠만 상수 슈테판 문제 슈테판 방정식 슈테판 공식 슈테판 흐름 슈테판 수 맥스웰-슈테판 확산 압착 흐름
수상
수상 내역	리벤 상 (1865년)

2. 생애

요제프 슈테판은 1835년 오스트리아 클라겐푸르트에서 태어났다. 그의 부모는 슈테판이 11세가 되어서야 결혼했으며, 넉넉하지 못한 가정 형편 속에서 성장했다.^[2] 어린 시절 1848년 혁명을 경험했고, 이는 훗날 그의 슬로베니아 민족 운동에 대한 관심에 영향을 주었다. 클라겐푸르트에서 초등학교와 김나지움을 졸업한 후 1853년 빈 대학교에 입학하여 수학과 물리학을 공부했고, 1857년 졸업하였다.

빈 대학교 졸업 후에는 빈 대학교에서 물리학을 가르쳤으며, 1866년부터 물리학 연구소 소장, 빈 과학 아카데미 부회장, 그리고 유럽의 여러 과학 기관의 회원이었다.

1879년 슈테판-볼츠만 법칙을 발표하였고, 이를 활용하여 태양 표면 온도를 섭씨 5430도로 계산하였다. 1893년 빈에서 사망했다. 그의 생애와 업적은 물리학자 야네즈 스트르나드에 의해 광범위하게 기록되었다.

2. 1. 초기 생애 및 교육

1835년 3월 24일 오스트리아 클라겐푸르트에서 아버지 알레슈 슈테판(Aleš Štefan^sl, 1805~1872)과 어머니 마리야 스타르티니크(Marija Startinik^sl, 1815~1863) 사이에서 태어났다.^[2] 아버지는 방앗간 조수였고, 어머니는 하녀였다.^[2] 슈테판의 부모는 모두 슬로베니아계였으며, 슈테판 출생 당시 미혼이었고, 슈테판이 11세가 되던 해에 결혼하였다.^[2] 슈테판은 외동아들이었고, 가족은 넉넉하지 못했다.^[2]

슈테판은 클라겐푸르트에서 초등학교를 다녔으며, 재능을 보여 1845년에 클라겐푸르트 김나지움 입학을 추천받았다.^[2] 13세 때 1848년 혁명을 겪었고, 이는 그에게 슬로베니아 문학 및 민족 운동에 대한 공감을 불러일으켰다.^[2]

고등학교를 수석으로 졸업한 후, 잠시 성 베네딕토 수도회에 들어갈 것을 고려했지만, 물리학에 대한 관심으로 인해 1853년 빈 대학교에 입학하여 수학과 물리학을 공부하였다.^[2] 그의 고등학교 물리학 교수는 슬로베니아 최초의 물리학 교과서를 쓴 카렐 로비다였다. 1857년 빈 대학교를 졸업하였고, 학생 시절 슬로베니아어로 여러 편의 시를 썼다.^[2] 이후 빈 대학교에서 물리학을 강의하였다.

2. 2. 학문적 경력

빈 대학교에서 수학과 물리학을 공부하여 1857년에 졸업하였다. 학생 시절에 슬로베니아어로 여러 수의 시를 지었다. 이후 빈 대학교에서 물리학을 강의하였다.^[1]

1879년에 슈테판-볼츠만 법칙을 도입하였고, 이를 사용하여 태양 표면의 온도를 섭씨 5430도로 최초로 정확히 계산하였다. 이는 슈테판의 제자 루트비히 볼츠만이 확장하였다.^[1] 빈 대학교에서 물리학을 가르쳤고, 1866년부터 빈 대학교의 물리학부 학부장이 되었으며, 빈 과학 아카데미 부대표 등을 역임했다.^[1]

빈 과학 아카데미의 학술 보고서 등에 80편 정도의 논문을 발표했지만, 가장 잘 알려진 업적은 흑체로부터의 방사량에 관한 법칙으로, 1879년에 발표했다. 흑체로부터의 방사량이 ''j''^*가 온도의 4제곱에 비례한다는 것을 밝혀냈으며, 수식은 다음과 같다.^[1]

:

이는 제자인 볼츠만이 이론적인 해석을 했기 때문에 슈테판-볼츠만 법칙으로 불린다. 이 관계를 통해 태양의 표면 온도를 처음으로 측정하여 5430℃의 값을 얻었다.^[1]

그 외에 기체의 열전도, 증발, 확산 분야 등에서도 업적을 남겼다.^[1]

3. 주요 업적

요제프 슈테판은 빈 과학 아카데미의 학술 보고서 등에 80편 정도의 과학 논문을 발표했다.^[3] 그중 가장 잘 알려진 업적은 1879년에 발표한 흑체로부터의 방사량에 관한 법칙으로, 흑체로부터의 방사량 ''j''^*가 온도의 네 제곱에 비례한다는 내용을 담고 있다.

: $j^{\star} = \sigma T^{4}$

이 법칙은 후에 그의 제자인 루트비히 볼츠만이 이론적인 해석을 덧붙여 슈테판-볼츠만 법칙으로 불리게 되었다. 슈테판은 이 법칙을 활용하여 태양 표면 온도를 5430°C로 측정했는데, 이는 당시 태양 온도에 대한 최초의 합리적인 값이었다.

그 외에도 슈테판은 기체의 열전도율, 증발, 확산 분야에서도 উল্লেখযোগ্য 연구 업적을 남겼다.

3. 1. 슈테판-볼츠만 법칙

슈테판은 80편에 가까운 과학 논문을 발표했으며, 대부분이 빈 과학 아카데미의 회보에 실렸다.^[3] 그는 1879년 슈테판의 법칙을 제안한 것으로 가장 잘 알려져 있는데, 이는 물리 법칙의 일종인 멱법칙으로, 흑체에서 방출되는 총 복사는 절대 온도 ''T''의 4제곱에 비례한다는 것을 나타낸다.

:

j^{\star} = \sigma T^{4}

그는 이 법칙을 프랑스 물리학자 뒬롱과 프티의 측정값에서 도출했다. 입사 복사와 흑체 방출이 항상 같기 때문에, 이 방정식은 표면에 입사 복사를 받는 모든 이상적인 물체의 온도에도 동일하게 적용된다. 1884년, 이 법칙은 슈테판의 제자인 루트비히 볼츠만에 의해 회색체 방출에도 적용되도록 확장되었고, 따라서 슈테판-볼츠만 법칙으로 알려지게 되었다. 볼츠만은 빛을 작동 물질로 하는 열기관을 다루었다. 이 법칙은 슬로베니아 물리학자의 이름을 딴 유일한 자연의 물리 법칙이다. 오늘날, 이 법칙은 흑체 복사의 플랑크 법칙에서 유도된다.

:

j^{\star} = \int_{0}^{\infty} \left( {dj^{\star}\over d\lambda} \right) d\lambda

슈테판은 이 법칙을 사용하여 태양 표면의 온도를 결정했으며, 이를 5430°C로 계산했다. 이것은 태양의 온도에 대한 최초의 합리적인 값이었다.

흑체로부터의 방사량이 ''j''^*가 온도의 4제곱에 비례한다는 내용과, 제자인 볼츠만이 이론적인 해석을 했기 때문에 슈테판-볼츠만 법칙으로 불린다는 내용은 앞서 반복되었기에 중복을 피하기 위해 삭제했다. 또한, 태양 표면 온도 측정값(5430℃)도 앞부분에 이미 언급되었기에 삭제했다.

3. 2. 기타 연구

슈테판은 빈 과학 아카데미 회보를 중심으로 80편에 가까운 과학 논문을 발표했다.^[3] 1879년 슈테판의 법칙을 제안했는데, 이는 흑체에서 방출되는 총 복사가 절대 온도 ''T''의 네 제곱에 비례한다는 물리 법칙의 일종인 멱법칙이다.

:

j^{\star} = \sigma T^{4}

프랑스 물리학자 뒬롱과 프티의 측정값에서 이 법칙을 도출했다. 입사 복사와 흑체 방출이 항상 같기 때문에, 이 방정식은 표면에 입사 복사를 받는 모든 이상적인 물체의 온도에도 동일하게 적용된다. 1884년, 제자인 루트비히 볼츠만에 의해 회색체 방출에도 적용되도록 확장되어 슈테판-볼츠만 법칙으로 알려지게 되었다. 볼츠만은 빛을 작동 물질로 하는 열기관을 다루었다. 이 법칙은 슬로베니아 물리학자의 이름을 딴 유일한 자연의 물리 법칙이다. 오늘날, 이 법칙은 흑체 복사의 플랑크 법칙에서 유도된다.

:

j^{\star} = \int_{0}^{\infty} \left( {dj^{\star}\over d\lambda} \right) d\lambda

슈테판은 이 법칙을 사용하여 태양 표면의 온도를 5430°C로 계산했다. 이것은 태양의 온도에 대한 최초의 합리적인 값이었다.

기체의 열전도율에 대한 최초의 측정을 제공했고, 증발을 다루었으며, 그 외에도 확산, 유체 내의 열전도 등을 연구했다. 광학 논문으로 빈 대학교에서 리벤 상을 수여받았다. 증발 및 확산 속도를 계산한 그의 초기 연구로 인해, 표면에서의 증발 또는 승화에 의해 유도된 액체 방울 또는 입자로부터의 흐름은 현재 슈테판 유동이라고 불린다.

전자기학 방정식, 벡터 표기법으로 정의된 방정식, 그리고 기체 운동론에 관한 연구도 매우 중요하다. 맥스웰의 전자기학 전자기학 이론을 완전히 이해한 유럽 최초의 물리학자 중 한 명이었으며, 영국 외에서 이를 확장한 몇 안 되는 사람 중 하나였다. 이차 단면을 가진 코일의 인덕턴스를 계산했고, 맥스웰의 오산을 수정했다. 또한 고주파 전류가 도체의 내부보다 표면에서 더 큰 표피 효과라는 현상을 연구했다.

수학에서 슈테판 문제 또는 가변 경계를 가진 슈테판의 과제는 잘 알려져 있다. 이 문제는 1831년 라메와 클라페이론에 의해 처음 연구되었다. 슈테판은 물 위의 얼음 층이 얼마나 빨리 성장하는지 계산하면서 이 문제를 해결했다(슈테판 방정식^[4]).

4. 유산

요제프 슈테판의 이름을 딴 물리학 및 수학 개념은 다음과 같다.

개념
슈테판-볼츠만 법칙
슈테판-볼츠만 상수 σ
슈테판 부착력
슈테판 문제
슈테판 방정식
슈테판 공식
슈테판 흐름
슈테판 수
슈테판 튜브
맥스웰-슈테판 확산

슬로베니아의 주요 과학 기관인 요제프 슈테판 연구소 역시 그의 이름을 따서 지어졌다. 그 외에 다음도 그의 이름을 따서 지어졌다.

명칭
달의 슈테판 (분화구)
슈테판 문제
슈테판 유동
요제프 슈테판 연구소

참조

_[1] 웹사이트 Josef Stefan {{!}} Biography & Facts {{!}} Britannica https://www.britanni[...] 2021-12-11
_[2] 웹사이트 Jožef Stefan http://www.slovenska[...]
_[3] 논문 Sitzungsberichte der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften in Wien in WikiSource https://de.wikisourc[...]
_[4] 서적 Materials Phase Change PDE Control & Estimation Springer

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