모든 물체는 자신의 온도에 해당하는 빛을 방출 한다.
별의 표면온도가 올라갈수록 무지개색과 비슷한 색을 낸다.
온도가 낮은색 부터 빨,주,노,(초,초,초),파
그런데 초록색은 왜 안나오지?
흑체 복사에 의해 생기는 빛은 레이저가 아니다, 빛이 나올 때 파장은 정상분포 곡선으로 나오기 때문에 초록색이 나올때는 주변에 빨간색과, 파란색도 상당히 많은 양이 함께 나온다.
빛의 삼원색에서 배웠듯이, 빛의 삼원색인 빨,초,파가 함께 나오면 우리는 백색으로 보게 된다.
그래서 온도가 낮은색 부터 무지개색과 비슷한
빨, 주, 노, 초(황백색), 초(백색), 초(청백색) 파 색깔은 초록색 부분에서 백색으로 보인다.
적색,주황색,황색,황백색, 백색, 청백색, 청색 이 되는 것이다.
모든물체는 자신의 온도에 해당하는 빛을 내 놓는다.
사람은 온도가 낮기 때문에 자신의 온도에 해당하는 빨간색(적색) 바깥에 있는 적외선을 내 놓는다.
적외선은 맨 눈으로는 볼 수 없지만 적외선 카메라(열화상 카메라)로 사람을 보면 깜깜한 밤에도 사람을 볼 수 있다.
별의 표면온도와 색깔과 관련된 3가지 실험을 해 보았다.
실험내용은 간단하다. 언떤 물체든 상관없이 온도를 올려 보면서 온도에 해당하는 빛이 나오는지 관찰하면 된다.
1. 꼬마전구 전압 높여 가며 관찰하기
전압을 높여 필라멘트의 온도를 올리면 끊어지기 전까지 점점 온도가 올라가면서 적색에서 주황색 노란색, 백색으로 바뀌어 가는 모습을 볼 수 있다.
https://youtube.com/shorts/FRRK60dASbY
2. 샤프심 빛 내기 (샤프심 전구)
샤프심을 전원장치에 연결하고 전압을 높여 가면서 샤프심 온도를 올리면 샤프심에서도 빛이 나는 것을 볼 수 있다. 온도가 올라갈 수록 붉은색에서 백색으로 변해 간다.
<과학적 원리>
샤프심은 꼬마전구 필라멘트 처럼 저항 역할을 한다. 하지만 샤프심은 흑연으로 되어 있기 때문에 생각처럼 저항이 크지 않다. 따라서 옴의 법칙에 의해 상당히 큰 전류가 흐르게 된다.
그럼 온도가 올라가면서 자신의 온도에 해당하는 빛을 내게 되는 것이다.
이건 전압 보다는 전류가 중요하다. 그래서 건전지로는 어려울 것이다. 건전지는 충분한 전류를 생성하지 못하기 때문이다. (이건 검증이 필요하다. 건전지 수십개 직렬로 연결하면 생각보다 큰 전류를 낼 수 있을 것 같다)
<실험 주의사항>
이건 전류가 많이 흐르는 실험이기도 하고, 샤프심이 수천도까지 온도가 올라가는 실험이기 때문에 위험하다. 가능한 시범실험으로 진행하는 것이 좋다.
전원장치를 사용하는 경우 전류를 최대치로 올려 놓고, 전압을 조금씩 올려 가면서 실험하면 된다. 실험하는 도중 샤프심만 열이 나는 것이 아니라, 전선도 약간 뜨거워 진다. 전선이 너무 뜨끈해 지면 전압을 내려 실험을 중단하는 것이 좋다.
몇번 실험하다 보면 전압을 올려도 전류가 올라가지 않는 경우가 있다. 이건 회로가 끊어진 경우다. 몇번 실험하다 보면 흑연이 산소와 결합되어 산화되면서 악어집게와 샤프심이 만나는 곳에서 접촉불량이 일어난 경우다.
혹시 전원장치가 고장난게 아닌지 의심이 들기도 하는데 전원장치가 고장나면 전압도 움직이지 않는다. 전압은 올라가는데 전류가 0에서 변화가 없으면 집게와 샤프심 사이에 접촉이 잘 안되고 있는 경우라고 보면 된다. 이런경우 집게 부분을 잘 청소하거나, 다른 집게 전선을 사용해 보면 된다. (필자는 임기응변으로 집게 전선 방향을 바꿔서 연결한다. 샤프심 에 물렸던 집게를 전원장치에, 전원장치에 물렸던 집게는 샤프심 쪽으로 연결한다.)
샤프심을 얇은 걸 사용하거나, 샤프심을 짧게 해서 연결하면 저항이 작아져 전류가 더 많이 흐르기 대문에 더 밝은 빛이 나는 걸 볼 수 있다. (하지만 전원장치가 낼 수 있는 전류도 한계가 있다. 그 한계 이상은 전류가 발생하지 않는다)
샤프심은 어느정도 온도가 올라가면 결국 끊어지게 된다. 끊어진 면을 보면 상당히 얇아져 있는 것도 확인이 가능하다. 시간이 지나면 샤프심의 한 부분이 얇아 지다가 결국 끊어진다. 잘 관찰해 보면 얇아 지기 시작하는 부분이 훨씬 더 밝게 빛난다. 전압강화가 샤프심 전체에서 얇아지는 부분에 집중 되기 때문으로 보인다.
처음에 연기가 나는 건, 아마도 샤프심에 코팅되어 있는 물질이 아닐까 추측해 본다.
3. 클립 가열하기
토치로 클립을 가열해도 똑같은 현상을 볼 수 있다. 클립의 색깔을 보고 클립의 현재 온도가 높은지 낮은지 알 수 있다.
https://youtube.com/shorts/VS5RxSqGHb0
수업시간 시연 장면
위와 같은 설명을 했더니, 학생 1명이 정말 온도가 높은지 확인해 보고 싶다고 해서, A4용지를 얆게 잘라 샤프심에 접촉시켜 보게 했다.
샤프심에서 저 정도의 색이 나오면 이미 천도가 넘는 온도다. 종이를 대자 마자 바로 불이 붙는 걸 볼 수 있다.
꼬마전구 시연 장면
https://www.youtube.com/shorts/wFrnNLuYpTQ
P.S. <에디슨의 전구?>
에디슨도 알고 있었다.
어떤 물질의 온도를 수천도까지 올리면 밝은 빛을 낸다는 것을.
그런데 수천도로 올리면 밝은 빛이 나긴 하는데, 오래 가지 못하고 곧 끊어져 버린다.
에디슨은 수천도에서도 오랜시간 동안 끊어지지 않는 방법을 연구한 것이다. 그것이 최초로 사용화된 백열등이다.
필라멘트를 사용해서 온도를 수천도까지 올려도 녹지 않게 했으며, 산화되는 걸 막기위해 전구 안쪽에 공기를 제거해서 오랜시간 동안 사용할 수 있도록 만든 것이다.
결국 전구는 발명한 것이 아니라, 높은 온도에서 오랫동안 버티는 물질을 찾아낸 것이다.
기존에 알고 있던 지식을 잘 이용해서 상용화 한것이라고 봐야 되지 않을까?
