복사에너지 -모든 물체는 자신의 온도에 해당하는 빛을 방출한다.(흑제복사)
복사평형 실험
복사평형 수업을 하는데 뭔가 극적인게 필요하다.
말로만 하니 재미가 없다.
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그래서 토치를 가지고 들어가서 클립을 가열해서 빛이 나는 실험을 보여 주었다.
토치로 가열하면 클립의 온도는 계속 올라갈까?
중간에 뻘겋게 달아 오른 클립을 보여 주면서 온도가 올라간 클립은 결국 자신의 온도에 해당하는 복사에너지를 방출 한다는 것을 설명한다.
클립의 온도는 흡수한 에너지와 방출한 에너지가 같아져 복사평형이 이뤄질때까지만 올라간다.
흡수하는 에너지를 없애면 클립의 온도는 내려간다. (색 변화를 통해 온도가 올라가는지 내려가는지 알 수 있다)
마찬가지로 복사평형이 일어날때 까지만...
모든물체는 자신의 온도에 해당하는 복사에너지를 방출한다.
https://youtube.com/shorts/VS5RxSqGHb0
금속만 가능하다고 생각하는 학생들이 있다. 다시 이야기 하지만 모든 물체는 자신의 온도에 해당하는 빛을 방출 한다.
그래서 샤프심을 가지고 추가로 보여 주었다.
https://youtube.com/shorts/g6_i0Jv17ME
그렇다면 에디슨이 만든 백열등의 원리도 알 수 있다.
토치를 사용하지 않고 전기를 이용해서 필라멘트 온도를 수천도까지 올려줄 수 있다면 그 온도에 해당하는 빛을 내 놓게 되는데 그것이 백열전구다.
에디슨은 백열전구를 발명한 것이 아니라 수천도의 온도에서 쉽게 끊어지지 않고 오래 버티는 물질을 찾아 낸 것이다.
사람의 몸도 온도를 가지고 있다. 따라서 사람의 몸에서도 사람의 체온에 해당하는 빛이 난다.
온도가 낮기 때문에 적외선이 나온다. 적외선은 눈에 보이지 않지만, 열화상 카메라를 이용하면 사람의 몸에서 나오는 빛을 볼 수 있다.
재미있는 건 체온을 이용해서 책상이나 책의 온도를 올리면 그곳에서도 적외선이 나온다는 점이다.
다시한번 모든 물체는 자신의 온도에 해당하는 빛을 방출한다.
아래 영상에서 책을 넘겨도 책에 남겨진 체온 때문에 계속 손바닥이 보이는 걸 확인할 수 있다.
그래서 물체에서 나오는 빛을 보면 그 물체의 온도를 알 수 있다.
옛날 도공들은 도자기를 굽는 가마 안에 온도를 색을 보고 조절했다고 한다.
과학적 원리는
슈테만-볼츠만 법칙을 찾아 보면 된다.
이 원리는 흑체복사에 관한 것이다.
흑체가 내뿜는 에너지는 절대온도의 네제곱에 비례하기 때문이다.