흑체 복사의 Stefan-Boltzmann의 법칙 예비보고서

소개글

응용물리실험
흑체 복사의 Stefan-Boltzmann의 법칙
예비보고서 입니다.

목차

실험 제목
- 흑체 복사의 Stefan-Boltzmann의 법칙

목적
- Gray body의 복사 에너지는 온도의 함수만으로 나타낼 수 있음을 흑체 복사의 법칙흑체을 통해서 이해한다.

이론

1. 흑체 복사

2. 플랑크의 양자화 가설

3. 플랑크 복사 공식

3.1 빛의 3차원 상태밀도 함수
3.2 플랑크 복사 공식

4. 슈테판-볼츠만 법칙과 빈의 변위 법칙

4.1 슈테판-볼츠만 법칙
4.2 빈의 변위 법칙

실험 장치

실험 방법

- 0의 필라멘트 저항 측정, 측정
- 필라멘트의 온도 측정
- 복사 에너지의 측정

참고문헌

본문내용

1. 흑체 복사

흑체 복사 연구는 19세기말 독일의 열복사 연구로부터 탄생하였다. 열복사란 고온의 물체에서 빛이 복사되는 것을 말한다. 예를 들어 철에 열을 가하면 처음에는 눈에 보이지 않는 적외선이 복사된다. 더욱 온도를 높이면 적색에서 황색을 띤 빛이 복사되고 좀 더 고온으로 하면 청백의 눈부신 빛을 발하게 된다.



이러한 열복사 현상을 좀더 실험적으로 고안하기 위하여 흑체란 개념을 도입하였다. 즉 흑체란 모든 빛을 흡수할 수 있는 이상적인 물체로, 흑체에서 발생되어 나오는 빛의 파장은 흑체의 종류에 상관없이 단지 온도에만 의존하는 물체이다. 이상적인 흑체란 파장에 관계없이 그에 비추어진 모든 복사에너지를 흡수하는 물체를 말하는데 이러한 특성을 갖는 실제의 물체는 없다. 그러나 단지 부피가 크고 입구가 좁은 공동은 그 좁은 입구로 입사한 모든 빛을 내부 공동으로 받아들이나 내부에서의 반사를 거친 후 입구로 나갈 가능성은 0에 가까워서 거의 흑체로 생각할 수 있다. 따라서 이를 가열하면 입구에서 빛이 나오기 시작하는데 그의 스펙트럼은 단지 온도에 따라 달라진다.
이 스펙트럼은 당시 알려져 있던 별도의 2가지 실험식이 포함되어 있다. 하나는 슈테판-볼츠만 법칙(1884)이라는 것으로 열복사의 총에너지는 복사체의 절대온도의 네제곱에 비례한다는 것이다. 그리고 다른 하나는 빈의 변위 법칙(1893)으로 열복사의 에너지가 최대가 되는 빛의 파장과 복사체의 온도가 일정하게 된다는 법칙이다. 즉 온도가 높아지면 복사 에너지가 가장 강한 빛의 파장은 작아진다는 것이다. 따라서 색은 적색에서 황색, 청색으로 변화한다는 것을 나타내는 법칙이다. 그러나 이는 단지 실험적으로 얻어진 법칙으로 이론적으로 해석하지 못하였다.

2. 플랑크의 양자화 가설

처음으로 이러한 복사된 빛의 에너지 분포식을 해석하기 위해 빈의 공식(1896)이 제출되었지만 파장이 긴 영역에서는 이식이 실험과 맞지 않는다는 사실이 밝혀지게 되었다. 그리고 그 후 Rayleigh- Jeans에 의해 고전 열 및 통계 역학의 등분배 법칙을 이용하여 흑체 복사 공동내의 허용된 정상파수의 전자기파 스펙트럼 수를 계산하였다.

참고 자료

양자역학 / 1993 / Richard L. Liboff 저 / 나상균 역 / 피어슨 에듀케이션 코리아
물리상수는 어떻게 생겨났을까 / 1997 / 샤이죠 토시미 저 / 김재영 역 / 아카데미서적
통계열물리 / 2000 / 김인묵, 김엽 저 / 범한서적
고체물리학 / 1997 / Charles Kittel 저 / 범한서적