슈테판 볼프만(Stefan-Boltzmann) 결과re

소개글

슈테판 볼프만(Stefan-Boltzmann) 결과re에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적

2. 실험 원리
　- 복사율
　- 흑체
　- 흑체복사
　- Stefan-Boltzmann 법칙

3. 실험 도구

4.실험 방법
　▶ 실험 1 - Stefan-Boltzmann의 복사법칙
　▶ 실험 2 - 면의 특성에 따른 Stefan-Boltzmann의 복사법칙

5.측정값
　▶ 실험 1 - Stefan-Boltzmann의 복사법칙
　▶ 실험 2 - 면의 특성에 따른 Stefan-Boltzmann의 복사법칙

6.실험결과
　▶ 실험 1 - Stefan-Boltzmann의 복사법칙
　▶ 실험 2 - 면의 특성에 따른 Stefan-Boltzmann의 복사법칙

7.결론 및 검토
　▶ 실험 1 - Stefan-Boltzmann의 복사법칙

8.질문 및 토의

9.참고문헌 및 출처

본문내용

93
366.16
7
7.46E-01
6.59E-01
2.28E-01
4.91E-02
온도℃: 큐브 내의 섭씨 온도(단위 ℃)
온도K: 큐브 내의 켈빈 온도(절대온도), 섭씨온도+ 273.16(단위 K)
(복사율): 큐브의 각면에 대한 복사율(완전한 흑체가 아니기 때문에 1이 될 수 없다)()
검은면, 흰면, 매끄럽지 않은 면, 매끄러운 면: 각 면에 대한 복사율을 계산
x축은 오븐의 온도의 4제곱 곱하기 스테판 볼츠만 상수()(단위 )이고 y축은 열 감지 센서로 측정한 단위면적당 일의 양(단위 )이다. 검은 선은 검은 면의 온도와 일이고 빨간색 은 흰 면, 녹색은 거친 면, 파란색은 매끄러운 면의 온도와 일이다.
x축과 y축을 이렇게 나타낸 이유는 그래프의 기울기를 (복사율)로 나타내기 위함이다.
그래프를 보면 온도의 4제곱과 일이 선형 비례함을 볼 수 있다 즉, 복사열은 복사하는 물체의 온도의 4제곱에 비례 함을 알 수 있다. 그리고 기울기를 구 할 수 있는데
스테판 볼츠만 공식에 의해 인데 이때 복사율만 빼고 넘기면 이런 꼴이 나온다 즉, 기울기가 복사율이 된다.
이 때 기울기를 보면 검은 면, 흰 면, 거친 면, 매끄러운 면 순으로 높고 즉, 검은 면이 복사율이 가장 좋다는 뜻으로 가장 열을 복사를 잘한다 라고 볼 수 있다.
x축은 온도의 4제곱이고 y축은 (복사율)이다. 검은색은 검은 면 빨간색은 흰 면 녹색은 거친 면 파란색은 매끄러운 면의 그래프이다.
그래프를 보면 실험 1과 마찬가지로 온도에 따라 복사율이 증가하고 있다 이는 실험 이론과 모순인데 열역학에서 보면 일반적으로 은,구리같은 양도체는 온도가 오르면 전기저항은 증가하고 전기전도도는 떨어지는데 열 전도도는 증가한다.
마찬가지로 복사율 또한 열 전도도라고 생각 하면 복사율이 증가 할 수도 있을 것이다. 그래프로 보면 증가 한다.
각각의 복사율의 평균은
검은면의 복사율() 0.334
흰면의 복사율() 0.293
거친면의 복사율() 0.104
매끈한면의 복사율() 0.052
이다.
7.결론 및 검토
이번 실험의 목적이 흑체에서 방출되는 복사선에 대해서 온도와 복사에너지의 관계를 관찰하여 스테판-볼츠만 이론을 이해해보고 또 이상적인 흑체가 아닌 경우 각 면(매끄러운면, 거친면, 흰면, 검은면)에 대한 복사율도 구해 보는 것 인데 이번 실험에서는 오븐,열 복사센서, 네 면을 가진 큐브(매끄러운 면, 거친 면, 흰 면, 검은 면),마이크로 볼트미터, 조리개 등을 이용 하였다.
이번 실험의 원리는 스테판-볼츠만 공식 으로써 흑체는 이상 적인 물질으로써 입사하는 모든 복사선을 완전히 흡수하는 물체를 말하며 완전흑체라고도 한다. 그리고 흑체가 내는 복사를 흑체복사라 하며, 흑체복사의 성질과 흑체의 온도 사이에 간단한 관계가 성립되는데 식으로 나타내면 이다(:복사율, :스테판 상수: T:절대 온도) 이때 흑체는 복사선을 모두 흡수 한다고 했으므로 복사율이 1이다 하지만 흑체는 이상적인 물체이고 실제로는 구하지 못하는 이상적인 물체이다.
이번 실험에서는 오븐을 가져와서 실험을 하는데 이 오븐의 복사율이 얼마쯤 될까 하는 것이 이번 실험의 목표이다 그렇다면 복사일과 스테판 상수 그리고 복사하는 물체의 온도 즉, 오븐의 온도를 측정하여 복사율을 구할 수 있을 것이다.(자세한 이론은 2.실험원리에)
실험 방법은 먼저 첫 번째 실험은 스테판 볼츠만의 복사법칙을 확인 하는 것 인데
▶ 실험 1 - Stefan-Boltzmann의 복사법칙
그림 3. Stefan-Boltzmann의 복사법칙 실험 개략도
오븐의 온도를 달리하면서 열 복사 센서로 복사 일을 측정하면서 스테판 볼츠만 법칙을 확인해보고 좀 더 나아가 오븐의 복사율 까지 구해 보는 것이 목표다.
먼저 실험 장치를 그림과 같이 장치하는데 마이크로 볼트미터는 열 복사 센서에 연결하여 복사정도를 전압으로 측정하게 하고 오븐에는 전원공급장치를 연결해서 전압을 가해주어 오븐에 온도를 계속 높인다. 그리고 oven 앞에 황동으로 된 실린더, 조리개(오븐 앞에 붙어 있는 도구)가 있는데 여기에 물을 흘려서 차갑게 만들고 원뿔 모양이라서 오븐에서 나오는 방사를 모아주고 또 오븐에서 나오는 복사를 제외한 나머지 물체에 대한 복사를 막고 오븐에 복사정도만 측정 할 수 있게 해준다 그리고 오븐에 온도계를 끼워서 온도를 측정한다.
그래서 온도를 올리면서 오븐에 온도에 대한 복사율을 마이크로 볼트에 연결된 멀티 미터로 읽는데 우리조는 30℃에서부터 350℃까지 10℃ 단위로 전압을 측정했는데 처음에는 가열하면서 즉, 오븐에 계속 일을 가하면서 온도가 10℃올라 갈 때 마다 전압을 측정했고 그 다음 식히면서 마찬가지로 10℃내려 갈 때 마다 전압을 측정하였다.
여기서 전압을 측정하는 이유는 열 복사 센서에 있다.
열 복사 센서는 열역학을 다루는 개념인데 작동 원리는 다음과 같다.
1번이 열 복사 센서의 전체 통을 지칭하고 2번이 원뿔꼴 모양이고 3번이 검은색 디스크인데 열을 잘 흡수한다.
이때 열을 잘 흡수한다, 복사한다 라는 것은 그 물체 안의 진동자가 다양한 진동자를 가지고 있다는 뜻이다. 이 말은 복사로 열을 받는 다는 것은 비교적 열(에너지)가 많은 물체는 사방으로 열을 복사하는데 이 복사파를 흡수 하는 이유는 물체안의 양자진동수의 진동수와 복사파의 진동수가 같아서, 떨고 있는 양자진동자의 에너지 준위와 같으면 에너지(열)를 흡수한다. 이때 어떤 물체 안에 여러 가지 다양한 원자 즉, 다양한 양자진동자가 있으면 그만큼 다양한 에너지 준위를 가질 것이고 더 다양한 에너지 폭을 받을 것이다. 이때 이 3번의 검은색 디스크가 다양한 진동자를 가지고 있어서 열을 잘 흡수한다.
4번은 6번의 막대와 3번을 이어주는 도체이고 7번은 몸체와 연결되어 있는데 7번과 몸체는 열적 평형상태로 있다는 원리를 이용한다 8번은 6번의 끝에 매달려 잇는데 이는 재백효과로 인해 생기는 전압차를 이용한다. 그리고 9번은 접촉단자로써 멀티미터를 꽃아 전압을 측정한다
이제 원리에 대해 설명을 할 것인데 그 전에 주요한 원리인 제백효과를 살펴보자.
도체에서 전기가 흐르는 이유는 자유롭게 움직일수 있는 전자가 있기

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