키르히호프의 복사 법칙

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.

1. 개요
2. 상세 평형의 원리
- 2.1. 상세 평형
3. 역사
- 3.1. 키르히호프의 통찰
- 3.2. 플랑크의 법칙
4. 이론
- 4.1. 열역학 제2법칙과 키르히호프의 법칙
- 4.2. 평균 흡수율과 방사율
5. 용어
- 5.1. 방사율 (Emissivity)
- 5.2. 흡수율 (Absorptivity)
6. 흑체
참조

1. 개요

키르히호프의 복사 법칙은 물체의 열 방사율과 흡수율 사이의 관계를 설명하는 법칙으로, 열 방사율이 흡수율과 같다는 것을 넘어 "상세하게" 같다는 정교함을 가진다. 이 법칙은 특정 주파수에서 빛을 잘 흡수하지 못하는 물체는 같은 주파수에서 빛을 방출하는 능력도 떨어진다는 것을 의미하며, 열역학 제2법칙과 연관되어 있다. 키르히호프는 흑체 방출력을 설명하는 함수의 보편성과 유일성을 인식했고, 플랑크는 양자화된 방출을 가정하여 플랑크의 법칙을 발견하며 양자역학의 시작을 알렸다.

더 읽어볼만한 페이지

구스타프 키르히호프 - 분광학
분광학은 빛의 스펙트럼을 연구하는 학문으로, 전자기파 및 다양한 에너지원의 스펙트럼을 분석하여 시료의 원자 구조 결정, 우주 탐사 등 여러 분야에 활용된다.
구스타프 키르히호프 - 키르히호프의 전기회로 법칙
키르히호프의 전기회로 법칙은 전기 회로 해석에 사용되는 전류 법칙(KCL)과 전압 법칙(KVL)을 총칭하며, 각각 전하 보존 법칙과 에너지 보존 법칙에 기반하여 회로망 분석에 중요한 역할을 한다.
1859년 과학 - 종의 기원
종의 기원은 찰스 다윈이 1859년에 발표한 책으로, 자연 선택을 통한 생물 진화, 생존 경쟁과 적자 생존을 통한 종의 변화와 분화 과정을 설명하며 출간 당시 논쟁을 일으켰으나 현재는 생물학의 근간 이론으로 인정받는 진화론의 핵심 내용을 담고 있다.
1859년 과학 - 주어진 수보다 작은 소수의 개수에 관하여
베른하르트 리만이 1859년에 발표한 논문인 주어진 수보다 작은 소수의 개수에 관하여는 리만 제타 함수의 해석적 연속과 함수 방정식을 제시하고 리만 가설을 제기한 것으로 유명하며, 해석적 연속, 경로적분법, 푸리에 역변환 정리 등의 새로운 기법을 수론에 도입하여 소수 정리 연구에 기여하고 리만 가설은 현대 정수론 연구의 중요한 동기가 되고 있다.
전열 - 단열재
단열재는 열의 이동을 막아 열 손실을 줄이는 데 사용되는 재료이며, 열전도율이 낮은 재료를 사용하여 건물, 의류 등 다양한 분야에서 활용되고, 최근에는 환경 문제 등의 개선 과제가 존재한다.
전열 - 체온
체온은 생물체의 신체 내부 온도로, 환경 온도와 생체 내 열에너지 생산의 균형에 따라 결정되며, 동물은 항온동물과 변온동물로 나뉘지만 대부분 체온 조절 능력이 있고, 인간은 땀이나 떨림 등으로 체온을 유지하며, 체온 측정은 체온계나 열화상 카메라로 가능하다.

키르히호프의 복사 법칙
키르히호프의 복사 법칙
유형	물리학 법칙
분야	열역학, 전자기학
발견자	구스타프 키르히호프
발견 연도	1859년
설명
내용	열역학적 평형 상태에서 물체가 방출하는 열복사 에너지의 비율은 물체가 흡수하는 열복사 에너지의 비율과 같다.
의미	물체의 온도와 파장이 같을 때 방출률과 흡수율은 같다.
관련 개념	흑체 복사
수식
기호	E(λ, T): 방출능, α(λ, T): 흡수율, B(λ, T): 흑체의 방출능
공식	E(λ, T) / α(λ, T) = B(λ, T)

2. 상세 평형의 원리

키르히호프의 열복사 법칙은 열 방사율과 흡수율이 "상세하게" 같다는 정교함을 가지고 있다. 특정 파장의 빛이 물체에 닿았을 때, 해당 빛의 에너지 중 물체에 흡수되는 에너지의 비율을 흡수율이라고 하며, 흡수율은 물체와 파장에 따라 달라진다.

2. 1. 상세 평형

잎은 녹색광(약 470 nm)을 잘 흡수하지 않는데, 이것이 잎이 녹색으로 보이는 이유이다. 상세 상반 평형의 원리에 따라, 잎은 녹색광을 방출하는 데에도 능숙하지 않다.

온도

T

의 흑체 복사에 의해 조명된 물질이 특정 주파수

\nu

에서 어둡다면, 해당 물질의 열 복사 또한 동일한 주파수

\nu

와 동일한 온도

T

에서 어둡게 된다.

더 일반적으로, 모든 세기 성질은 상세하게 균형을 이룬다. 예를 들어, 특정 입사 방향, 특정 주파수, 특정 편광에서의 흡수율은 동일한 방향, 동일한 주파수, 동일한 편광에서의 방사율과 같다. 이것이 상세 상반 평형의 원리이다.

평형 상태에서 물체가 방출하고 흡수하는 에너지는 물체의 모든 특정 면적 요소, 모든 특정 편광 방향 및 모든 주파수 범위에 대해 동일해야 한다.

3. 역사

키르히호프의 법칙이 알려지기 전에는, 훌륭한 흡수체가 훌륭한 방출체이고, 훌륭한 반사체는 형편없는 흡수체라는 것이 실험적으로 알려져 있었다. 예를 들어, 비상용 단열 담요는 반사되는 금속 코팅을 기반으로 만들어져 복사로 인한 열 손실을 줄인다.

구스타프 키르히호프는 1859년과 1860년에 여러 논문을 통해 자신의 법칙을 발표했으며, 1862년에는 관련 논문들을 모아 재발행한 책의 부록으로 내용을 추가했다.^[18]

키르히호프 이전에도, 열역학적 평형 상태에서 열 복사를 방출하고 흡수하는 모든 물체에 대해 방사율과 흡수율의 비율이 동일하다는 것은 알려져 있었다. 즉, 흡수를 잘하는 물체는 방출도 잘하고, 반사를 잘하는 물체는 흡수를 잘 못한다는 것이다. 파장 특이성에 관해서는, 발푸어 스튜어트에 의해 이 비율이 모든 물체에 대해 동일하다는 것이 실험적으로 밝혀졌지만, 이 비율의 보편적인 값은 파장과 온도의 함수로서 명시적으로 고려되지 않았다.

키르히호프는 열 복사에 불투명하고 모든 파장에서 흡수하는 벽을 가진 밀폐 공간에서 열 복사를 방출하고 흡수하는 '''완전 흑체'''라는 개념을 제시했다. 키르히호프의 완전 흑체는 그 위에 떨어지는 모든 복사를 흡수한다. 이러한 흑체는 표면에서 분광 복사 휘도로 방출하는데, 키르히호프는 이것을 ''I'' 로 표시했다.

키르히호프는 모든 흑체에 대해 동일한 보편적인 함수 ''I'' 가 존재하며, 이 함수는 파장과 온도에만 의존한다고 가정했다.

3. 1. 키르히호프의 통찰

키르히호프는 흑체 방출력을 설명하는 함수의 보편성과 유일성을 인식했다.^[9] 그러나 그는 그 함수의 정확한 형태는 알지 못했다.^[9] 레이로드 경과 제임스 진 경은 1900~1905년에 고전적인 용어로 이를 설명하려 시도하여 레일리-진스 법칙을 도출했지만, 이 법칙은 자외선 파탄을 초래했다.^[9] 이 법칙의 정확한 형태는 1900년 막스 플랑크가 방사선의 양자화된 방출을 가정하여 발견했으며, 플랑크의 법칙이라고 불린다.^[9]

3. 2. 플랑크의 법칙

레이로드 경과 제임스 진 경은 1900~1905년에 흑체 방출력을 고전적인 용어로 설명하려 시도하여 레일리-진스 법칙을 도출했다. 그러나 이 법칙은 일관성이 없는 것으로 밝혀졌고 자외선 파탄을 초래했다.^[9] 1900년 막스 플랑크는 방사선의 양자화된 방출을 가정하여 이 법칙의 정확한 형태를 발견했으며, 이를 플랑크의 법칙이라고 부른다.^[9] 이는 양자역학의 시작을 알린다.

플랑크는 고전 열역학적 논증에 따라 흑체 복사 법칙과 상세 평형을 유도했는데, 이는 나중에 양자화 가설로 해석되었다.^[14]^[15] 그는 볼츠만으로부터 얻은 양자화의 휴리스틱을 사용하여, 주파수

\nu

로 조정된 공진기가 평균 에너지

E

를 가질 때 엔트로피

S_\nu = k_B\left[\left(1 + \frac{E}{h\nu}\right)\ln\left(1 + \frac{E}{h\nu}\right) - \frac{E}{h\nu}\ln \frac{E}{h\nu}\right]

를 가질 것이라고 주장했다. 여기서

h

는 상수이다(나중에 플랑크 상수로 명명됨). 그런 다음

k_B T = (\partial_E S)^{-1}

을 적용하여, 플랑크는 흑체 복사 법칙을 얻었다.

키르히호프는 해당 보편적인 함수에 대한 정확한 수학적 표현을 알지 못했으며, 단지 존재한다고 가정했을 뿐이었다. 이 함수는 1900년 막스 플랑크에 의해 정확한 수학적 표현이 발견되었으며, 오늘날 플랑크의 법칙이라고 불린다.

4. 이론

열역학적 평형 상태의 흑체는 플랑크 분포의 에너지를 갖는 광자 가스를 포함한다.^[10]

어떤 파장에 대해서도 불투명하고, 단단하며, 완벽하게 반사되지 않는 벽을 가진 두 번째 시스템을 광학 필터를 통해 흑체와 연결하면, 두 시스템은 같은 온도에서 복사를 주고받을 수 있다. 이때, 각 주파수에서 벽이 흑체 분포를 유지하기 위해 에너지를 흡수하고 방출해야 하므로, 흡수율과 방사율은 같아야 한다. 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

: $\alpha_\lambda = \varepsilon_\lambda$

여기서 $\alpha_\lambda$ 는 흡수율, $\varepsilon_\lambda$ 는 방사율을 나타낸다.

흑체 복사가 모든 방향에서 동일(등방성)하다면, 방향에 따라 방사율과 흡수율이 달라지는 경우에도, 주어진 방향에 대해 이들은 서로 같아야 한다.^[12]

하지만, 평균 흡수율 및 방사율 데이터는 재료에 따라 서로 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들어 흰색 페인트는 흡수율이 0.16이고 방사율이 0.93인데,^[13] 이는 흡수율과 방사율의 평균을 구하는 방식이 다르기 때문이다. 흡수율은 태양 스펙트럼에 대한 가중치를 사용하여 평균을 구하는 반면, 방사율은 정상적인 주변 온도에서 페인트 자체의 방출에 대해 가중치를 사용하여 평균을 구한다.

4. 1. 열역학 제2법칙과 키르히호프의 법칙

열역학적 평형 상태에서 일정량의 에너지를 가진 전자기 복사를 포함하는 흑체 인클로저에서, 이 "광자 가스"는 플랑크 분포의 에너지를 갖는다.^[10]

어떤 파장에 대해서도 불투명하고, 단단하며, 완벽하게 반사되지 않는 벽을 가진 두 번째 시스템(캐비티)을 광학 필터를 통해 흑체 인클로저에 연결한다고 가정할 수 있다. 이때 두 시스템은 같은 온도이다. 복사는 한 시스템에서 다른 시스템으로 전달될 수 있다. 예를 들어, 두 번째 시스템에서 파장

\lambda

주변의 좁은 주파수 대역에서의 광자 밀도가 첫 번째 시스템보다 높다고 가정해 보자. 광학 필터가 해당 주파수 대역만 통과시킨다면 광자 및 그 에너지의 순 이동이 두 번째 시스템에서 첫 번째 시스템으로 발생할 것이다. 이것은 같은 온도의 두 물체 사이에 열의 순 이동이 없어야 한다고 요구하는 열역학 제2법칙에 위배된다.

따라서 두 번째 시스템에서는 각 주파수에서 벽이 흑체 분포를 유지하기 위해 에너지를 흡수하고 방출해야 한다.^[11] 즉, 흡수율과 방사율은 같아야 한다. 벽의 흡수율

\alpha_\lambda

은 특정 파장에서 벽에 흡수된 에너지와 벽에 입사된 에너지의 비율이다. 따라서 흡수된 에너지는

\alpha_\lambda E_{b \lambda}(\lambda,T)

이며, 여기서

E_{b \lambda}(\lambda,T)

는 파장

\lambda

및 온도

T

에서 흑체 복사의 세기이다. 열적 평형 상태와 관계없이 벽의 방사율은 방출된 에너지와 벽이 완벽한 흑체였다면 방사될 에너지의 양의 비율로 정의된다. 따라서 방출된 에너지는

\varepsilon_\lambda E_{b \lambda}(\lambda,T)

이며, 여기서

\varepsilon_\lambda

는 파장

\lambda

에서의 방사율이다. 열적 평형을 유지하기 위해 이 두 양은 같아야 한다. 그렇지 않으면 캐비티 내의 광자 에너지 분포가 흑체의 분포에서 벗어날 것이다. 이로 인해 '''키르히호프의 법칙'''(

\alpha_\lambda = \varepsilon_\lambda

)이 도출된다.

유사하지만 더 복잡한 논증에 의해 흑체 복사가 모든 방향에서 동일(등방성)하므로, 방사율과 흡수율이 방향에 따라 달라지는 경우에도 주어진 방향에 대해 같아야 함을 보일 수 있다.^[12]

4. 2. 평균 흡수율과 방사율

열역학적 평형 상태에서, 특정 파장의 빛이 물체에 닿았을 때, 해당 빛의 에너지 중 물체에 흡수되는 에너지의 비율을 흡수율이라고 한다. 흡수율은 물체와 파장에 따라 다르다. 특정 파장에서 벽이 흑체 분포를 유지하려면 에너지를 흡수하고 방출해야 한다.^[11] 따라서 흡수율과 방사율은 같아야 한다. 벽의 흡수율

\alpha_\lambda

는 특정 파장에서 벽에 흡수된 에너지와 벽에 입사된 에너지의 비율이다. 흡수된 에너지는

\alpha_\lambda E_{b \lambda}(\lambda,T)

로 표현되는데, 여기서

E_{b \lambda}(\lambda,T)

는 파장

\lambda

및 온도

T

에서 흑체 복사의 세기이다.

물체가 열복사로 방출하는 빛의 에너지(방사휘도)를, 같은 온도의 흑체가 방출하는 빛(흑체 복사)의 에너지로 나눈 값을 방사율(방출율)이라고 한다. 방사율은 0 이상 1 이하의 값을 가지며, 물질에 따라, 또한 파장에 따라 다르다. 벽의 방사율은 방출된 에너지와 벽이 완벽한 흑체였다면 방사될 에너지의 양의 비율로 정의된다. 방출된 에너지는

\varepsilon_\lambda E_{b \lambda}(\lambda,T)

로 표현되며, 여기서

\varepsilon_\lambda

는 파장

\lambda

에서의 방사율이다. 열적 평형을 유지하기 위해 이 두 양은 같아야 하며, 이는 키르히호프의 법칙(

\alpha_\lambda = \varepsilon_\lambda

)을 도출한다.

하지만 평균 및 전체 흡수율 및 방사율 데이터는 서로 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 흰색 페인트는 흡수율이 0.16이고 방사율이 0.93이다.^[13] 이는 흡수율이 태양 스펙트럼에 대한 가중치를 사용하여 평균화되는 반면, 방사율은 정상적인 주변 온도에서 페인트 자체의 방출에 대해 가중되기 때문이다.

흡수율(

\alpha_{\mathrm{sun}}

)은 다음 식으로 계산된다.

\alpha_{\mathrm{sun}}=\displaystyle\frac{\int_0^\infty \alpha_\lambda(\lambda)I_{\lambda \mathrm{sun}} (\lambda)\,d\lambda} {\int_0^\infty I_{\lambda \mathrm{sun}}(\lambda)\,d\lambda}

평균 방사율(

\varepsilon_{\mathrm{paint}}

)은 다음 식으로 계산된다.

\varepsilon_{\mathrm{paint}}=\frac{\int_0^\infty \varepsilon_\lambda (\lambda,T) E_{b\lambda}(\lambda,T)\,d\lambda}{\int_0^\infty E_{b \lambda}(\lambda,T)\,d\lambda}

여기서

I_{\lambda \mathrm{sun}}

은 태양의 방출 스펙트럼이고,

\varepsilon_\lambda E_{b \lambda}(\lambda,T)

는 페인트의 방출 스펙트럼이다. 키르히호프의 법칙에 따라

\varepsilon_\lambda=\alpha_\lambda

이지만, 평균 흡수율(

\alpha_{\mathrm{sun}}

) 및 평균 방사율(

\varepsilon_{\mathrm{paint}}

)은 일반적으로 서로 같지 않다.

흰색 페인트는 태양 복사에 대해 매우 반사적이므로 태양 복사에 대해 매우 좋은 절연체 역할을 한다. 따라서 태양 대역에서 방출은 잘 되지 않지만, 온도는 실온 근처일 것이며, 적외선에서 흡수한 모든 복사를 방출하므로 방출 계수가 높다.

5. 용어

키르히호프의 복사 법칙과 관련된 용어는 다음과 같다.

방사율(Emissivity): 어떤 물체가 열복사로 방출하는 빛의 에너지(방사휘도)를, 같은 온도의 흑체가 방출하는 빛(흑체 복사)의 에너지로 나눈 값이다. 방사율은 0 이상 1 이하의 값을 가지며, 물질과 빛의 파장에 따라 달라진다.
흡수율(Absorptivity): 물체에 닿은 빛의 에너지 중 물체에 흡수되는 에너지의 비율이다. 흡수율은 물질과 빛의 파장에 따라 달라진다.

5. 1. 방사율 (Emissivity)

열적 평형 상태에서 벽의 방사율은 방출된 에너지와 벽이 완벽한 흑체였다면 방사될 에너지의 양의 비율로 정의된다. 방출된 에너지는

\varepsilon_\lambda E_{b \lambda}(\lambda,T)

로 나타낼 수 있는데, 여기서

\varepsilon_\lambda

는 파장

\lambda

에서의 방사율이다. 열적 평형을 유지하기 위해, 이 양은 흡수율과 같아야 한다. 그렇지 않으면 캐비티 내의 광자 에너지 분포가 흑체의 분포에서 벗어날 것이다. 이로 인해 키르히호프의 법칙이 도출된다.^[11]

:

\alpha_\lambda = \varepsilon_\lambda

흑체 복사가 모든 방향에서 동일(등방성)하므로, 방사율과 흡수율이 방향에 따라 달라지는 경우에도 주어진 방향에 대해 같아야 함을 보일 수 있다.^[12]

평균 및 전체 흡수율 및 방사율 데이터는 서로 "다른" 값을 가진 재료에 대해 종종 제공된다. 예를 들어, 흰색 페인트는 흡수율이 0.16이고 방사율이 0.93이라고 한다.^[13] 이는 흡수율이 태양 스펙트럼에 대한 가중치를 사용하여 평균화되는 반면, 방사율은 정상적인 주변 온도에서 페인트 자체의 방출에 대해 가중되기 때문이다.

물체가 열복사로 방출하는 빛의 에너지(방사휘도)를, 같은 온도의 흑체가 방출하는 빛(흑체 복사)의 에너지로 나눈 값을 방사율(방출율)이라고 한다. 방사율은 0 이상 1 이하의 값을 가지며, 물질에 따라, 또한 파장에 따라 다르다.

5. 2. 흡수율 (Absorptivity)

물체에 닿은 빛의 에너지 중 물체에 흡수되는 에너지의 비율을 흡수율이라고 한다. 흡수율은 물질과 빛의 파장에 따라 달라진다.^[11]

어떤 파장에 대해 불투명하고, 단단하며, 완벽하게 반사되지 않는 벽을 가진 시스템에서, 벽의 흡수율(

\alpha_\lambda

)은 특정 파장에서 벽에 흡수된 에너지와 벽에 입사된 에너지의 비율이다. 흡수된 에너지는

\alpha_\lambda E_{b \lambda}(\lambda,T)

로 나타낼 수 있으며, 여기서

E_{b \lambda}(\lambda,T)

는 파장

\lambda

및 온도

T

에서 흑체 복사의 세기이다.

열역학적 평형 상태에서 벽은 흑체 분포를 유지하기 위해 에너지를 흡수하고 방출해야 한다.^[11] 따라서 흡수율과 방사율은 같아야 한다.

6. 흑체

흑체는 모든 파장의 복사를 흡수하는 이상적인 물체이다. 현실에서는 완벽한 흑체가 존재하지 않는다.^[2] 플랑크는 키르히호프의 완전 흑체가 물리적으로 불가능하며, 무한히 얇은 표면층에서 반사나 산란 없이 모든 복사를 흡수해야 한다고 지적했다.^[1]^[2]

하지만, 흑체에 가까운 물질은 존재한다. 예를 들어, 등흑 코팅은 물체를 거의 검게 만들며, 탄소 나노튜브를 이용한 나노 다공성 물질은 매우 낮은 반사율을 보인다.^[16]^[17]

불투명체는 열 복사 연구에 중요한 대상이다. 플랑크는 불투명체를 내부와 경계면으로 나누어 분석했다. 불투명체는 들어오는 복사를 모두 흡수하며, 경계면에서는 굴절과 반사가 일어난다. 이러한 경계면은 헬름홀츠 상호성 원리를 따르지만, 완전한 흑색을 띠지는 않는다.^[2]

공동 복사는 모든 파장에서 상당한 양의 복사를 흡수하는 불투명한 재료로 만들어진 공동에서 발생한다. 열역학적 평형 상태에서 공동 복사는 플랑크 법칙을 따르며, 흑체 복사로 간주될 수 있다. 하지만, 키르히호프가 정의한 완벽한 흑체는 아니다.^[2]

실험에서 공동 내부의 구멍은 흑색 표면을 근사하는 데 사용될 수 있다. 그러나 이 구멍은 완벽하게 람베르시안을 따르지 않으므로, 거의 직각으로 보아야 한다.

6. 1. Near-black materials

오랫동안 알려진 사실은 등흑 코팅이 물체를 거의 검게 만든다는 것이다. 다른 몇몇 재료들은 특정 파장대에서 거의 검은색을 띤다. 이러한 재료들은 관심 있는 모든 매우 높은 온도에서 견디지 못한다.

등흑의 개선은 제조된 탄소 나노튜브에서 발견된다. 나노 다공성 물질은 한 경우 평균 반사율 0.045%를 얻으면서 굴절률을 진공에 가깝게 달성할 수 있다.^[16]^[17]

6. 2. Opaque bodies (불투명체)

열 복사에서 불투명한 물체는 열 복사 연구에 중요한 대상이다. 플랑크는 이러한 물체를 내부와 경계면을 갖는 것으로 보고 위상수학적으로 분석했다. 불투명체는 공기처럼 희소하거나 관찰 가능한 투명 물질과 같은 인접 매질과 경계면을 공유한다. 경계면은 물질로 된 물체가 아니므로, 방출이나 흡수를 할 수 없다. 이는 접촉하는 두 매질 모두에 속하는 수학적 표면이다. 경계면에서는 복사가 굴절되거나 반사된다. 따라서 경계면은 헬름홀츠 상호성 원리를 따른다. 불투명한 물체는 경계면에서 굴절을 통해 들어오는 복사를 모두 흡수하며, 산란시키거나 투과시키지 않는 물질적 내부를 가진다. 이런 의미에서 불투명한 물체의 재료는 복사에 대해 검은색이지만, 내부와 경계면을 포함한 전체 현상은 완전한 흑색을 띠지 않는다. 플랑크의 모델에 따르면, 완전한 흑체는 자연계에 존재하지 않으며, 불투명한 내부 외에도 완전하게 투과하고 반사하지 않는 경계면을 가져야 한다.^[2]

6. 3. Cavity radiation (공동 복사)

공동의 벽은 모든 파장에서 상당한 양의 복사를 흡수하는 불투명한 재료로 만들어질 수 있다. 내부 벽의 모든 부분이 모든 파장에서 좋은 흡수체일 필요는 없다. 흡수 파장의 유효 범위는 공동 내부 벽의 일부에 여러 가지 흡수 재료의 패치를 사용하여 확장될 수 있다. 열역학적 평형 상태에서 공동 복사는 정확히 플랑크 법칙을 따른다. 이런 의미에서, 열역학적 평형 공동 복사는 키르히호프의 복사 법칙이 정확히 적용되는 열역학적 평형 흑체 복사로 간주될 수 있지만, 키르히호프의 의미에서 완벽한 흑체는 존재하지 않는다.

플랑크가 고려한 이론적 모델은 처음에 물질 내용물이 없는 완벽하게 반사하는 벽이 있는 공동으로 구성되며, 그 안에 작은 조각의 탄소를 넣는다. 작은 조각의 탄소가 없으면 처음에 공동에 있는 비평형 복사가 열역학적 평형으로 이동할 방법이 없다. 작은 조각의 탄소를 넣으면, 복사 주파수를 변환하여 공동 복사가 열역학적 평형에 도달하게 된다.^[2]

6. 4. A hole in the wall of a cavity (공동 벽의 구멍)

실험을 위해 공동(cavity) 내부의 구멍은 흑색 표면에 대한 훌륭한 근사치를 제공하도록 설계될 수 있다. 하지만 이 구멍은 완벽하게 람베르시안은 아니며, 최상의 특성을 얻으려면 거의 직각으로 보아야 한다. 이러한 장치의 제작은 키르히호프의 보편 함수를 정확하게 수학적으로 식별하는 데 중요한 단계였으며, 이 함수는 현재 플랑크 법칙으로 알려져 있다.

6. 5. Kirchhoff's perfect black bodies (키르히호프의 완전 흑체)

플랑크는 키르히호프의 완전 흑체가 물리적 현실에서는 존재하지 않는 이론적인 허구라고 지적했다. 키르히호프의 완전 흑체는 무한히 얇은 표면층에서 반사나 산란 없이 그 위에 떨어지는 모든 복사를 흡수한다. 그것들은 람베르트의 코사인 법칙에 완벽하게 따라 복사를 방출한다.^[1]^[2]

참조

_[1] harvnb
_[2] harvnb
_[3] harvnb
_[4] harvnb
_[5] harvnb
_[6] harvnb
_[7] 서적 Fundamentals of statistical and thermal physics Waveland Press 2009
_[8] 간행물 Thermal Equilibrium and Detailed Balance https://doi.org/10.1[...] Springer 2024-06-25
_[9] harvnb
_[10] harvnb
_[11] harvnb
_[12] harvnb
_[13] 웹사이트 The Solar-AC FAQ: Table of absorptivity and emissivity of common materials and coatings http://www.solarmirr[...]
_[14] 간행물 Planck, the Second Law of Thermodynamics, and Black‐body Radiation https://academic.oup[...] Oxford University PressOxford 2024-06-25
_[15] 서적 Elements of classical thermodynamics: for advanced students of physics Univ. Pr 1981
_[16] harvnb
_[17] harvnb
_[18] harvnb
_[19] 서적 천문학 및 천체물리학 CENGAGE Learning 2018-02-12

본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com