§1
실험 개요
흑체에서 단위 면적당 복사 에너지는 P = σT⁴ (σ = 5.67 × 10⁻⁸ W/m²K⁴)에 따라 절대온도의 네제곱에 비례한다. 학부에서는 텅스텐 전구를 흑체로 근사해 다양한 온도에서 복사 강도를 측정하고 T⁴ 의존성을 검증한다.
§2
이론 배경
Stefan-Boltzmann
P/A = εσT⁴. ε: 방사율(흑체 1, 회색체 < 1). 회색체 가정 시 T⁴ 비례성은 유지.
필라멘트 온도 추정
텅스텐의 비저항 ρ(T) 함수에서 측정한 R = V/I로 T 역산. 또는 광도계로 색온도 직접 측정.
§3
실험 장치 및 시약
- — 전구 + DC 전원장치
- — 전압계·전류계
- — 복사계 또는 photodiode
- — 광학벤치
§4
실험 절차
- 1.전구의 V·I를 변화시켜 R = V/I로 필라멘트 온도 T 산출.
- 2.동시에 복사계로 distance 일정하게 두고 P 측정.
- 3.log P vs log T 그래프 작성.
§5
데이터 처리
log P vs log T 직선 회귀, 기울기 = 4를 검증. 측정 기울기와 4의 차이로 회색체 보정·시스템 오차 평가.
§6
예비보고서 항목별 작성 팁
이론
Stefan-Boltzmann 식의 T⁴ 도출(Planck 적분) 한 줄로 언급.
§7
자주 하는 실수
- — 필라멘트 온도 측정 정확도 부족
- — 복사계의 비선형성 보정 안 함
- — 주변 온도 복사 빼지 않음 → 낮은 T에서 큰 오차
§8
자주 묻는 질문
Q. 왜 거리는 일정하게 유지하나요?
복사 강도는 거리 제곱에 반비례하기 때문입니다. 거리가 변하면 T 의존성과 거리 의존성이 섞여서 분석이 어려워집니다.
Q. 텅스텐을 흑체로 가정해도 되나요?
텅스텐의 ε는 약 0.4(가시광 영역)로 회색체에 가깝습니다. 회색체에서도 P ∝ T⁴ 비례성은 유지되므로 기울기 측정 실험에는 문제 없지만, 절대 강도(σ 값) 측정에는 ε 보정이 필요합니다.
§9
참고 표준·문헌
본 가이드는 다음 표준·교과서·핸드북의 정의·식·표준 절차를 따라 작성되었습니다. 학교 양식과 표준 절차가 다를 경우 학교 양식을 우선합니다.
- [1]Halliday, D., Resnick, R., Walker, J. — Fundamentals of Physics, 12th ed., Wiley, 2021
- [2]Taylor, J.R. — An Introduction to Error Analysis, 2nd ed., University Science Books, 1997