[일반물리학실험]열의 특성 - 복사열 측정

실험 목적

전기 오븐내의 흑체 (Black Body)를 가열하고, 흑체의 온도와 복사에 의해 열전달 되는 열량과의 관계를 알아본다.

실험 이론 및 원리

1. 실험 배경

열역학적 이론에 의하면 이상적인 복사체(흑체)는 절대온도(K)의 4제곱에 비례하는 율로 에너지를 복사하고, 또한 표면적에 비례한다. 이를 Stefan-Boltzmann의 열복사 법칙이라 하며며 다음식과 같다.

q=σ×A×T4

에나멜을 칠한 표면이나 연마한 금속판과 같은 물체는 흑체에 비해 더 적은 에너지를 복하지만, 에너지량은 일반적으로 T4에 비례한다. 이러한 표면의 성질을 고려하기 위하여 방사율 (Emissivity,ε)이라고 하는 인자를 고려해야 하며,흑체가 아닌 물체에 대해서는 다음과 같은 식이 적용된다.

q=ε×σ×A×T4

위의 식들은 열복사에 한해서만 유효함.

 

2. 흑체(Black Body)

입사된 빛을 전혀 반사하지 않고 모두 흡수하는 가상의 물체. 1860년 독일 물리학자 쿠스타프 키르히호프가 제시. 흑체가 주위환경과 열적 평형을 이룰 경우, 온도에 따라 특정한 파장의 빛을 스스로 내보내는데, 이를 흑체복사라고 함. 흑체의 온도와 파장 사이에는 일정한 관계가 성립하여 흑체릐 온도와 파장 중 어느 하나를 알면 다른 하나를 파악 가능. 이를 이용해 멀리 떨어져 있는 항성의 온도를 추정하는 등 다양한 분야에 활용.

실험 기구 및 장치

1. 실험 재료

1) 열전대(Thermoncouple), Electric oven, 조리개

2) Thermopile, Microvoltmeter, Digital Thermometer, Main Power Supply

실험 방법

1. 실험 과정

1) Micrometer의 gain값을 10-4V로 세팅한다.

2) Electric Oven의 Main Power Supply를 on 시킨 후 열적 평형상태까지 도달하도록 5분정도 기다린다.

3) 열전대에 의해 측정된 오븐 내의 흑체의 온도와 Thermopile에 의해 측정된 기전력의 변화값을 각각 Digital Thermometer와 Microvoltmeter를 통하여 읽는다.(3분 간격)

4) 실험이 끝나면 Main Power Supply의 전원을 내린다.

실험 결과

1.결과 data

시간(분)	기전력(X10-4V)	온도(℃)
0	0.04	80.5
3	0.06	109.3
6	0.09	129.9
9	0.12	147.4
12	0.14	172.3
15	0.22	198.2
18	0.34	232.1
21	0.43	261.3
24	0.58	292.8
27	0.77	322.5
30	0.95	350.7

 

6. 결과 그래프