Kirchhoff’s Law of Thermal Radiation : 키르히호프의 열복사 법칙
적외선 복사 영역에서 키르히호프의 법칙은 열적 평형 상태에 있는 물질이 특정 파장에 대해 방사율(emissivity)이 흡수율(absorptivity)과 같다고 규정합니다.
방사율은 동일한 온도의 완전 흑체(블랙바디)와 비교해 물질이 적외선을 얼마나 효과적으로 방출하는지를 나타내고, 흡수율은 물질이 입사된 적외선을 얼마나 효과적으로 흡수하는지를 측정합니다. 흡수율이 높은 물질은 받은 복사의 대부분을 흡수할 수 있는 반면, 흡수율이 낮은 물질은 더 많은 복사를 반사하거나 투과시킵니다. 흑체는 방사율이 1로 주어진 온도와 파장에서 가능한 최대의 복사를 방출하는 반면, 실제 물질의 방사율은 1보다 작습니다.
키르히호프의 법칙은 물질이 열적 평형 상태에 있을 때 적용되며, 이는 외부로부터 열을 얻거나 잃지 않아 온도가 일정함을 의미합니다. 이러한 조건에서 물질이 흡수하는 에너지는 물질이 방출하는 에너지와 같습니다. 이 평형은 중요하며, 방사율과 흡수율의 등가는 일반적으로 물질이 열역학적 평형에 있을 때만 성립합니다.
키르히호프의 법칙이 의미하는 또 다른 점은 흡수율이 에너지 보존에 의해 제한되므로 방사율이 1을 초과할 수 없다는 것입니다. 따라서 어떤 물질도 평형에 있는 흑체보다 더 많은 열에너지를 방출할 수 없습니다.
In the realm of infrared radiation, Kirchhoff’s Law states that a material in thermal equilibrium has an emissivity equal to its absorptivity at a specific wavelength.
Emissivity refers to how effectively a material emits infrared radiation in comparison to a perfect blackbody at the same temperature, while absorptivity measures how effectively a material absorbs incoming infrared radiation. A material with high absorptivity can absorb most of the radiation it receives, while a material with low absorptivity reflects or transmits more radiation. A blackbody has an emissivity of 1, meaning it emits the maximum possible radiation at a given temperature and wavelength, whereas real-world materials have emissivities of less than 1.
Kirchhoff’s Law is applicable to materials in thermal equilibrium, meaning their temperature remains constant without gaining or losing heat. Under these conditions, the energy absorbed by the material is equal to the energy it emits. This equilibrium is vital, as the equality of emissivity and absorptivity generally holds true only when the material is in thermodynamic equilibrium.
Another implication of Kirchhoff’s Law is that emissivity cannot exceed one, as absorptivity is also constrained by the conservation of energy. Consequently, a material cannot radiate more thermal energy than a blackbody at equilibrium.