화공기사 실기 필답형 - 복사(Radiation)

1. 흑체 (Perfect Black Body)

 - 흡수율(α)이 1인 물체 (받은 복사에너지를 전부 흡수하고 반사나 투과는 전혀 없음)

 

 - 주어진 온도에서 최대가능방사력을 가지는 이상적인 방사체

 

 - 실제로 흑체는 존재하지 않으나, 작은 구멍에서 들여다보는 공동의 내부를 흑체라 할 수 있다.

 

 

 

2. 회색체 (Gray body)

 - 온도에 따라 변하지 않는 이상적인 물체

 

 - 표면에서 단색광의 복사능이 모든 파장에 대해 같다.

 

cf. 복사에너지

 - 반사율 + 투과율 + 흡수율 = 1

 

 

 

 

3. 흑체복사의 기본법칙

1) 스테판 - 볼츠만(Stefan - Boltzmann)의 법칙

 - 흑체에서 복사에너지는 절대온도의 4승에 비례하고 열전달 면적에 비례한다.

 

스테판 - 볼츠만(Stefan - Boltzmann)의 법칙

 

2) 빈(Wien's)의 법칙

 - 주어진 온도에서 최대복사강도의 파장은 절대온도에 반비례한다.

 

 - 빈의 법칙을 통해 고온인 태양복사에너지의 파장은 짧고(단파), 저온인 지구복사에너지의 파장은 길다(장파)는 것을 알 수 있다.

빈(Wien's)의 법칙

 

3) 키르히호프(Kirchoff)의 법칙

 - 온도가 평형에 있을 때, 어떤 물체의 전체복사력과 흡수능의 비는 그 물체의 온도에만 의존한다.

 

 - 어떤 물체가 주위와 온도평형에 있으면 그 물체의 복사능과 흡수능은 같다.

 

 

cf. 복사능 (ε, Emissivity)

 - 같은 온도에서 흑체와 그 물체의 복사력의 비

 

 

 

 

4. 두 물체 사이의 복사전열

두 물체사이의 복사전열은 A1과 A2의 상대적인 크기에 따라 총괄교환인자의 경우를 나누어 생각할 수 있다.

 

총괄교환인자

 

 

1) 무한히 큰 두 평면이 서로 평행하게 있을 때 (A1 ≒ A2)

 무한히 큰  두 평면이 서로 마주보고 있으므로 시각인자 F12는 1이고 A1과 A2는 같다. 그래서 총괄교환인자는 다음과 같게 된다.

 

 

 

2) 한쪽 물체에 다른 물체가 둘러싸인 경우 ( A2 > A1 )

 이 경우에 시각인자 F12는 1이므로 총괄교환인자는 다음과 같게 된다.

 

 

 

3) 큰 공동 내에 작은 물체가 들어 있는 경우 ( A2 ≫ A1 )

이 경우에 시각인자 F12는 1이고 A2가 A1을 무시할 정도로 크므로 총괄교환인자는 다음과 같게 된다.