Black Body : 흑체
흑체(Black Body)는 모든 파장의 전자기 복사를 완전히 흡수하는 물체를 가정한 이상적인 모델입니다. 따라서 어떤 파장의 복사에 대해서도 투과율이나 반사율이 전혀 없습니다.
모든 가능한 열복사원 중에서 흑체는 특정 온도에서 각 파장별로 가장 큰 복사 에너지를 방출하며, 이는 복사 방향과 무관합니다. 흑체는 비접촉식 온도 측정의 물리적 원리를 이해하는 데 기초가 됩니다. 적외선 온도계는 온도가 정확히 알려진 흑체를 기준으로 교정됩니다. 또한 흑체는 램버시안 방사체(Lambert radiator)이므로 방사 휘도는 편광되지 않으며 방사 방향에 의존하지 않습니다. 실제 측정 대상 물체의 경우, 이상적인 흑체와 실제 물체 간의 방사 특성 차이로 인해 발생하는 측정 오차를 최소화하기 위해 방사율(emissivity)이라는 보정 계수를 설정해야 합니다. 이 계수는 흑체와 실제 측정 대상 물체의 방사 거동 차이를 나타냅니다.
플랑크의 복사 법칙(Planck’s Law of Radiation)은 흑체가 온도 ????에서 관측 파장 λ에 대해 반공간으로 방출하는 파장별 복사 에너지 ????(????,????)M(T,λ)를 설명합니다.
M(T,λ)=2πhc2λ51ehc/λkT−1
이 관계식은 절대영도(0 K)보다 높은 온도를 가진 모든 물체가 전자기 복사를 방출한다는 사실을 보여줍니다. 온도가 높아질수록 각 파장에서 방출되는 복사 에너지는 증가합니다. 또한 방출 스펙트럼에는 특정 파장 λmax\lambda_{\text{max}}λmax에서 최대값이 존재합니다. 적외선 온도계는 이러한 복사를 검출하고, 자체적인 분광 감도 특성을 고려하여 물체의 온도를 계산하므로, 이 법칙은 비접촉식 온도 측정을 위한 가장 기본적인 관계식이라 할 수 있습니다.
이로부터 두 가지 중요한 관계를 유도할 수 있습니다.
1.) 파장 0에서 무한대까지 모든 파장에 대해 분광 복사 강도를 적분하면, 표면적 AAA를 가진 물체가 방출하는 총 복사 에너지 값을 얻을 수 있습니다. 이 관계를 스테판–볼츠만 법칙(Stefan–Boltzmann Law)이라 합니다.
P(T)=σ⋅A⋅T