열복사

요약 물질을 구성하는 원자 집단이 열에 의해서 들뜨게 되어, 그 결과 전자기파를 복사하는 현상이다. 물체의 종류와 온도에 따라서 결정되는데, 온도가 높을수록 커진다. 복사선을 잘 흡수하는 물체일수록 스스로 복사선을 내는 작용도 강하게 일어난다.

온도복사·열방사(熱放射)라고도 한다. 열복사의 세기는 물체의 종류와 온도에 따라서 결정되는데, 온도가 높을수록 커진다. 그러므로 고온인 물체 부근에 저온인 물체가 있으면 저온 물체가 복사선의 일부를 흡수하여 열로 변한다. 이 열을 복사열 또는 방사열이라 한다. 난로 등의 발열체에 손을 가까이 대면 주위 공기가 따뜻하지 않아도 손이 더워지는 것은 이 때문이다. 복사에 의한 열의 전달방식은 대류나 열전도와 달라서, 주위에 열을 중개하는 물질 없이도 빛과 동일한 속도로 순간적으로 고온체로부터 저온체로 열이 전달된다. 또 빛과 마찬가지로 반사판으로 열의 방향을 바꿀 수 있는 특성이 있다.

태양과 지구 사이의 공간이 거의 진공상태인데도 대량의 태양열이 지상에 도달하는 것은 열이 복사선의 형태로 운반되기 때문이며, 밤이 되면 물체가 점점 차가워지는 이유도 태양으로부터의 열복사 대신 지상으로부터 하늘을 향해 열이 복사되기 때문이다. 물체가 복사선을 방출하고 흡수하는 정도는 물체 온도 외에 그 표면상태에 크게 영향을 받는다. 예를 들면, 거울과 같이 매끄러운 물체에서는 복사선 대부분이 반사되지만, 물체 표면에 검댕을 칠하면 흡수율이 95%나 되므로 복사선에 의해 열을 받기 쉽다. 또 복사선을 잘 흡수하는 물체일수록 그 자체의 복사선을 내는 작용도 강하다.

법칙

열복사에 의한 복사선의 세기 및 파장과 물체의 온도 사이에는 흑체(黑體)에 관해서 얻을 수 있는 다음 법칙이 적용된다.

① 물체에서 방출된 에너지의 총량은 그 물체의 온도(절대온도) T의 4제곱에 비례한다(슈테판-볼츠만의 법칙). 이때 물체의 단위표면에서 단위시간에 방출되는 열복사에너지 S는 S=σT⁴(σ는 비례상수)이므로, 복사에너지를 알면 역으로 물체의 온도를 결정할 수 있다. 이 식을 이용해서 지상으로 쏟아지는 태양에너지의 총량을 바탕으로 하여 계산하면 태양의 표면온도는 6,000K가 된다.

② 물체에서 나오는 열복사의 파장을 조사하면, 각 파장에 따른 강도분포는 물체의 절대온도에 의해 결정된다. 이때 가장 센 복사선의 파장은 절대온도에 반비례하는 것으로 알려져 있다(빈의 법칙). 물체를 가열하면 처음에는 빨갛게 보이다 온도가 높아짐에 따라 하얗게 빛나는 것은 이 때문이다. 따라서 파란색으로 빛나는 별은 태양보다 훨씬 고온임을 알 수 있다.