불타는 유리잔의 역사- Thermal_radiation, Solar energy(태양광/태양열)

[dhleepaul]

열 복사 Thermal_radiation는 물질 내 입자의 열 운동에 의해 방출되는 전자기 복사입니다. 절대 영도보다 큰 온도를 가진 모든 물질은 열 복사를 방출합니다. 에너지의 방출은 물질의 전자, 분자 및 격자 진동의 조합에서 발생합니다. [1] 운동 에너지는 전하 가속 또는 쌍극자 진동으로 인해 전자기학으로 변환됩니다. 실온에서 대부분의 방출은 적외선(IR) 스펙트럼에 있으며[2] : 73-86 이지만 약 525°C(977°F) 이상에서는 물질이 눈에 띄게 빛날 수 있을 만큼 충분히 볼 수 있습니다. 이 눈에 보이는 빛을 백열이라고 합니다. 열 복사는 전도 및 대류와 함께 열 전달의 기본 메커니즘 중 하나입니다.

태양이 지구로 열을 전달하는 주요 방법은 열 복사입니다. 이 에너지는 부분적으로 흡수되어 대기 중에 흩어지는데, 후자의 과정이 하늘이 눈에 띄게 파랗게 보이는 이유입니다. [3] 태양 복사의 대부분은 대기를 통해 흡수되거나 반사되는 표면으로 전달됩니다.

* 참고; 열전달과 관련된 모든 과정은 다음 세 가지 방법으로만 이루어집니다.

전도는 물리적 접촉을 통해 정지한 물질을 통해 열이 전달되는 것입니다. (거시적인 관점에서 물질은 정지해 있습니다. 절대 영도 이상의 온도에서는 원자와 분자의 열 운동이 있다는 것은 이미 알려져 있습니다.) 스토브의 전기 버너와 팬 바닥 사이에서 전달되는 열은 전도를 통해 전달됩니다.
대류는 유체의 거시적인 움직임을 통한 열 전달입니다. 이러한 유형의 전달은 강제 공기 가열로와 기상 시스템 등에서 발생합니다.
복사 에 의한 열 전달은 마이크로파, 적외선, 가시광선 또는 다른 형태의 전자기파가 방출되거나 흡수될 때 발생합니다. 대표적인 예는 태양에 의한 지구 온난화입니다. 덜 대표적인 예는 인체에서 발생하는 열 복사입니다. [ 2 ]

열 복사는 일반적으로 사람의 눈에는 보이지 않는 물체나 현상을 감지하는 데 사용할 수 있습니다. 열화상 카메라는 적외선을 감지하여 이미지를 생성합니다. 이러한 이미지는 장면의 온도 구배를 나타낼 수 있으며 일반적으로 주변보다 높은 온도에서 물체를 찾는 데 사용됩니다. 가시광선이 낮은 어두운 환경에서는 적외선 이미지를 사용하여 체온으로 인해 동물이나 사람의 위치를 찾을 수 있습니다. 우주 마이크로파 배경 복사는 열 복사의 또 다른 예입니다.

흑체 복사는 이상적인 시스템에서 열 복사를 분석하는 데 사용되는 개념입니다. 이 모델은 방사 물체가 열역학적 평형 상태에서 흑체의 물리적 특성을 충족하는 경우에 적용됩니다. [4]: 278 플랑크의 법칙은 흑체 복사의 스펙트럼을 설명하고 물체의 복사 열유속을 온도와 관련시킵니다. 빈의 변위 법칙은 방출되는 방사선의 가장 가능성이 높은 주파수를 결정하고 슈테판-볼츠만 법칙은 복사 강도를 제공합니다. [4]: 280 흑체 복사가 정확한 근사치가 아닌 경우 양자 전기 역학(QED)을 사용하여 방출 및 흡수를 모델링할 수 있습니다. [1]

개요

열 복사는 절대 영도보다 큰 온도를 가진 모든 물질에서 전자기파가 방출되는 것입니다. [5][2] 열복사는 열 에너지를 전자기 에너지로 변환하는 것을 반영합니다. 열 에너지는 물질 속의 원자와 분자가 무작위로 움직이는 운동 에너지입니다. 그것은 0이 아닌 온도의 모든 물질에 존재합니다. 이 원자와 분자는 하전 입자, 즉 양성자와 전자로 구성되어 있습니다. 물질 입자 간의 운동 상호 작용은 전하 가속과 쌍극자 진동을 초래합니다. 그 결과 결합된 전기장과 자기장의 전기역학적 생성이 발생하여 광자가 방출되어 신체에서 에너지를 방출합니다. 가시광선을 포함한 전자기 복사는 진공 상태에서 무한정 전파됩니다. [ 인용 필요 ]

FLIR 열화상 카메라로 촬영한 맥주 캔을 촬영하여 방사율로 인한 온도 차이를 입증합니다.

열 복사의 특성은 Kirchhoff의 법칙으로 표현되는 온도와 스펙트럼 방사율을 포함하여 방출되는 표면의 다양한 특성에 따라 달라집니다. [5] 방사선은 단색이 아니며, 즉, 단일 주파수로만 구성되지 않고 광자 에너지의 연속적인 스펙트럼, 그 특성 스펙트럼으로 구성됩니다. 방사체와 그 표면이 열역학적 평형 상태에 있고 표면이 모든 파장에서 완벽한 흡수율을 갖는 경우 흑체로 특성화됩니다. 흑체는 또한 완벽한 방출자입니다. 이러한 완벽한 방출체의 방사선을 흑체 복사라고 합니다. 흑체에 대한 물체의 방출 비율은 물체의 방사율이므로 흑체는 방사율이 1입니다.

모든 물체의 흡수율, 반사율 및 방사율은 방사선의 파장에 따라 달라집니다. 상호성으로 인해 특정 파장에 대한 흡수율과 방사율은 평형 상태에서 동일합니다 – 좋은 흡수체는 반드시 좋은 이미터이고, 열악한 흡수체는 나쁜 이미터입니다. 온도는 전자기 복사의 파장 분포를 결정합니다.

흑체가 다양한 주파수로 방출하는 힘의 분포는 플랑크의 법칙에 의해 설명됩니다. 주어진 온도에서 방출되는 전력이 최대인 주파수 fmax가 있습니다. Wien의 변위 법칙과 주파수가 파장에 반비례한다는 사실은 피크 주파수 fmax가 흑체의 절대 온도 T에 비례한다는 것을 나타냅니다. 약 6000K의 온도에서 태양의 광구는 주로 전자기 스펙트럼의 (인간) 가시 부분에서 방사선을 방출합니다. 지구의 대기는 가시 광선에 부분적으로 투명하며 표면에 도달하는 빛은 흡수되거나 반사됩니다. 지구 표면은 흡수된 방사선을 방출하여 300K에서 흑체의 거동과 f max에서 스펙트럼 피크를 공유합니다. 이러한 낮은 주파수에서 대기는 대체로 불투명하고 지구 표면의 방사선은 대기에 의해 흡수되거나 산란됩니다. 이 방사선의 약 10%가 우주로 빠져나가지만, 대부분은 대기 중 가스에 의해 흡수된 다음 다시 방출됩니다. 이러한 대기의 스펙트럼 선택성은 지구 온실 효과의 원인이 되며, 일반적으로 지구 온난화와 기후 변화에 기여합니다(그러나 대기의 구성과 특성이 변하지 않을 때 기후 안정성에 결정적으로 기여하기도 합니다).

역사

고대 그리스

불타는 유리잔의 역사는 기원전 700년경으로 거슬러 올라가는 것으로 알려져 있습니다. 유리잔을 태우는 것에 대한 최초의 정확한 언급 중 하나는 기원전 423년에 쓰여진 아리스토파네스의 희극 구름에 등장합니다. [6] 아르키메데스의 열선 일화에 따르면 아르키메데스는 시라쿠사 공성전(기원전 213-212년) 동안 공격하는 로마 배를 불태우기 위해 열선을 집중시키는 거울을 개발했다고 전해지며, 당시의 출처는 확인되지 않았습니다. [6] Catoptrics는 열을 생성하기 위해 빛의 초점을 맞추는 방법에 대한 유클리드의 책이지만, 이 책은 서기 300년에 쓰여졌을 수도 있다.[6]

르네상스[편집]

르네상스 시대에 산토리오 산토리오는 최초의 온도계 중 하나를 고안했습니다. 1612년에 그는 태양의 가열 효과에 대한 연구 결과와 달의 열을 측정하려는 시도를 발표했습니다. [6]

앞서 1589 년에 Giambattista della Porta는 멀리 떨어진 촛불에서 방출되고 오목한 금속 거울에 의해 촉진되는 얼굴에서 느껴지는 열기에 대해보고했습니다. 그는 또한 단단한 얼음 덩어리에서 냉각되는 느낌이 들었다고 보고했다. [6] Della Porta의 실험은 점점 더 정확하게 여러 번 반복되었습니다. 1603 년 천문학 자 조반니 안토니오 마기니 (Giovanni Antonio Magini)와 크리스토퍼 헤이든 (Christopher Heydon)에 의해 복제되었으며, 1611 년에 수행 한 신성 로마 제국 황제 루돌프 2 세에게 지침을 제공했습니다. 1660 년 델라 포르타의 실험은 토스카나 대공 페르디난트 2 세가 발명 한 온도계를 사용하여 아카데미아 델 시멘토 (Accademia del Cimento)에 의해 업데이트되었습니다. [6]

계몽[편집]

1761년, 벤자민 프랭클린은 색과 열 흡수의 관계에 대한 자신의 실험을 설명하는 편지를 썼습니다. [7] 그는 어두운 색의 옷이 밝은 색의 옷보다 햇빛에 노출되면 더 뜨거워진다는 것을 발견했습니다. 그가 수행한 한 가지 실험은 화창한 날 눈 속에 다양한 색상의 정사각형 천 조각을 놓는 것이었습니다. 그는 얼마간 기다린 후, 모든 색깔의 검은 조각들이 눈 속으로 가장 멀리 가라앉았다는 것을 측정했는데, 그것은 그것들이 가장 뜨거워지고 가장 많은 눈을 녹였다는 것을 가리킨다.

열량 이론

Editing Thermal radiation (section) - Wikipedia

주요 논문: Caloric theory

앙투안 라부아지에(Antoine Lavoisier)는 열의 복사가 신체를 구성하는 물질보다는 신체의 표면 상태와 관련이 있다고 생각했습니다. [8] Lavoisier는 열악한 라디에이터를 분자가 서로 밀접하게 결합 된 평면에 놓여 있기 때문에 표면이 광택이 나거나 매끄러운 물질로 설명하여 내부의 나머지 방출을 단열하는 열량 유체의 표면층을 생성했습니다. [8] 그는 좋은 라디에이터는 주어진 평면 내에서 열량을 유지하는 분자의 극히 일부만이 내부에서 더 많이 탈출할 수 있기 때문에 표면이 거친 물질이라고 설명했습니다. [8] 럼포드 백작 은 나중에 칼로리 이동에 대한 이 설명이 추위의 복사를 설명하기에 불충분하다고 인용했으며, 이는 이론 전체의 논쟁점이 되었습니다. [8]

그의 첫 번째 회고록에서 Augustin-Jean Fresnel은 Isaac Newton의 Optics의 프랑스어 번역에서 발췌 한 견해에 대해 답변했습니다. 그는 뉴턴이 공간을 채우고 있는 열량 매체에 의해 방해받지 않고 공간을 가로지르는 빛의 입자들을 상상했다고 말하고, 조명 아래의 물체는 열이 무한정 증가할 것이라고 말함으로써 이러한 견해를 반박한다. [9]

1790년 마크-오귀스트 픽테(Marc-Auguste Pictet)의 유명한 실험에서, 차가운 물체로부터 "천박한 광선"을 집중시키기 위해 거울 세트를 사용했을 때 온도계가 더 낮은 온도를 감지했다고 보고되었습니다. [10]

1791 년 Pictet의 동료 인 Pierre Prevost는 모든 물체가 열을 방출하고 흡수하는 복사 평형의 개념을 도입했습니다. [11] 물체가 주변보다 차가울 때 방출하는 것보다 더 많은 열을 흡수하여 평형에 도달할 때까지 온도를 증가시킵니다. 평형 상태에서도 계속해서 열을 방출하여 흡수와 방출의 균형을 유지합니다. [11]

적외선의 발견은 천문학자 윌리엄 허셜(William Herschel)에 기인합니다. Herschel은 1800 년 런던 왕립 학회 (Royal Society of London) 앞에서 그의 결과를 발표했습니다. Herschel은 프리즘을 사용하여 태양의 빛을 굴절시키고 해당 영역의 온도계에 기록된 온도 상승으로 스펙트럼의 빨간색 부분을 넘어서는 열량을 감지했습니다. [12][13]

전자기 이론

19 세기 말에는 전자기파의 전파에 의해 빛 또는 복사열의 전달이 허용된다는 것이 밝혀졌습니다. [14] 텔레비전 및 라디오 방송파는 특정 파장을 가진 전자기파의 일종입니다. [15] 모든 전자기파는 같은 속도로 이동합니다. 따라서 더 짧은 파장은 고주파와 관련이 있습니다. 모든 신체는 열 교환을 희생하여 전자기파를 생성하고 받습니다. [15]

1860 년 Gustav Kirchhoff는 열 평형에 대한 수학적 설명 (즉, Kirchhoff의 열 복사 법칙)을 발표했습니다. [16] : 275–301 1884 년까지 완벽한 흑체의 방사력은 John Tyndall의 실험적 측정을 사용하여 Josef Stefan에 의해 추론되었으며 Ludwig Boltzmann에 의해 기본 통계 원리에서 파생되었습니다. [17] 이 관계를 슈테판-볼츠만 법칙이라고 합니다.

양자 이론

참조: 오래된 양자 이론

1901년 막스 플랑크

방사선의 미시적 이론은 양자 이론으로 가장 잘 알려져 있으며 1900년 막스 플랑크(Max Planck)에 의해 처음 제안되었습니다. [14] 이 이론에 따르면 라디에이터에서 방출되는 에너지는 연속적이지 않고 양자 형태입니다. 플랑크는 에너지가 파동 이론과 유사하게 진동 주파수의 양자로 방출된다는 점에 주목했습니다. [18] 진공 상태에서 전자기파의 에너지 E는 E = hf라는 표현으로 구할 수 있으며, 여기서 h는 플랑크 상수이고 f는 주파수입니다.

더 높은 온도의 물체는 양자당 증가하는 에너지로 더 높은 주파수에서 방사선을 방출합니다. 모든 파장의 전자기파의 전파는 종종 "방사선"이라고 불리지만, 열 복사는 종종 가시광선 및 적외선 영역으로 제한됩니다. 엔지니어링 목적을 위해 열 복사는 표면의 특성과 온도에 따라 달라지는 전자기 복사의 한 형태라고 말할 수 있습니다. [14]

복사파는 전도 열 흐름에 비해 비정상적인 패턴으로 이동할 수 있습니다. 복사는 파동이 가열된 물체에서 차갑고 흡수되지 않거나 부분적으로 흡수되는 매체를 통해 이동하여 다시 따뜻한 물체에 도달할 수 있도록 합니다. [14] 예를 들어 태양에서 지구로 이동하는 방사선파의 경우입니다.

특징[편집]

빈도[편집]

열화상(위)과 일반 사진(아래)을 비교한 것입니다. 비닐봉지는 대부분 투명하고 장파장 적외선이지만, 남자의 안경은 불투명하다.

모든 온도에서 신체가 방출하는 열 복사는 광범위한 주파수로 구성됩니다. 주파수 분포는 상단 다이어그램에서 볼 수 있듯이 이상적인 이미터에 대한 플랑크의 흑체 복사 법칙에 의해 제공됩니다.

방출되는 방사선의 지배적인 주파수(또는 색상) 범위는 이미터의 온도가 증가함에 따라 더 높은 주파수로 이동합니다. 예를 들어, 빨간색의 뜨거운 물체는 주로 가시 대역의 긴 파장(빨간색 및 주황색)에서 방출됩니다. 더 가열되면 식별 가능한 양의 녹색과 청색광을 방출하기 시작하고 전체 가시 범위에서 주파수가 확산되어 사람의 눈에는 흰색으로 보입니다. 하얗게 뜨겁습니다. 2000K의 백열 온도에서도 방사선 에너지의 99%는 여전히 적외선에 있습니다. 이것은 빈의 변위 법칙에 의해 결정됩니다. 다이어그램에서 각 곡선의 피크 값은 온도가 증가함에 따라 왼쪽으로 이동합니다.

흑체 열 라디에이터의 눈에 주관적인 색상°C(°F)주관적 색상[19]

480 ° C (896 ° F)	희미한 붉은 빛
580 ° C (1,076 ° F)	진한 빨강색
730°C(1,350°F)	밝은 빨간색, 약간 주황색
930 ° C (1,710 ° F)	브라이트 오렌지
1,100°C(2,010°F)	옅은 황갈색
1,300°C(2,370°F)	황백색
> 1,400°C(2,550°F)	흰색(대기를 통해 멀리서 보면 황색을 띨 경우)

온도와의 관계[편집]

흑체의 총 복사 강도는 슈테판-볼츠만 법칙에 의해 표현되는 절대 온도의 4승으로 상승합니다. 절대 온도 척도(600K 대 300K)에서 약 2인실 온도의 온도에서 주방 오븐은 단위 면적당 16배 많은 전력을 방출합니다. 백열 전구의 필라멘트 온도(약 3000K 또는 실온의 10배)에 있는 물체는 단위 면적당 10,000배의 에너지를 방출합니다.

광자 통계에 관해서는, 열광은 Super-Poissonian 통계를 따릅니다.

외모[편집]

신체의 온도가 충분히 높으면 열 복사 스펙트럼이 가시 범위에서 눈에 띄게 빛날 수 있을 만큼 충분히 강해집니다. 열 복사의 가시적 구성 요소는 때때로 백열(incandescence)이라고 불리지만[20] 이 용어는 일반적으로 열 복사를 나타낼 수도 있습니다. 이 용어는 라틴어 동사 incandescere, '하얗게 빛나다'에서 파생됩니다. [21]

실제로 거의 모든 고체 또는 액체 물질은 발열 과정의 결과로 빛을 생성하는 화학 반응이 발생하는지 여부에 관계없이 약 798K(525°C, 977°F)에서 약간 둔한 붉은색으로 빛나기 시작합니다. 이 제한을 드레이퍼 포인트라고 합니다. 백열은 그 온도 이하로 사라지지 않지만 가시 스펙트럼이 너무 약하여 감지할 수 없습니다.

열 복사는 많은 엔지니어링 응용 분야, 특히 고온을 다루는 응용 분야에서 중요한 요소입니다.

태양 에너지

본문: Solar energy

태양 복사 균형 모델의 다이어그램

햇빛은 태양의 "하얗고 뜨거운" 표면의 백열입니다. 태양의 전자기 복사는 약 550nm의 피크 파장을 가지며 [1] 열이나 전기를 생성하기 위해 수확할 수 있습니다.

열 복사는 반사 거울을 통해 작은 점에 집중될 수 있으며, 이는 태양열 발전을 집중시키는 이점을 활용합니다. 거울 대신 프레넬 렌즈를 사용하여 복사 에너지를 집중시킬 수도 있습니다. 두 방법 모두 햇빛을 사용하여 물을 증기로 빠르게 기화시키는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 거울에서 반사된 햇빛은 PS10 태양광 발전소를 가열하고 낮에는 물을 285°C(558K, 545°F)까지 가열할 수 있습니다.

태양에서 에너지를 추출할 때 선택적 표면을 사용할 수 있습니다. 선택적 표면은 태양 복사로부터 흡수하는 에너지의 양을 최대화하는 동시에 자체 열 복사로 인해 손실되는 에너지의 양을 최소화하도록 조정된 표면입니다. 선택적인 표면은 태양열 집열기에도 사용할 수 있습니다.

백열 전구[편집]

주요 문서: 백열전구

백열 전구는 필라멘트를 상당한 가시적 열 복사를 방출하는 온도로 가열하여 빛을 생성합니다. 3000K의 일반적인 온도에서 텅스텐 필라멘트의 경우 방출 된 방사선의 극히 일부만 볼 수 있으며 대부분은 적외선입니다. 이 적외선은 사람이 보는 데 도움이 되지 않지만 여전히 열을 환경에 전달하여 백열등을 광원으로서 상대적으로 비효율적으로 만듭니다. [25] 필라멘트를 더 뜨겁게 만들 수 있다면 효율성이 증가할 것입니다. 그러나 현재 램프에 사용하기에 적합한 온도를 견딜 수 있는 재료는 없습니다.

형광등 및 LED와 같은 보다 효율적인 광원은 백열로 작동하지 않습니다. [26]

열적 쾌적성[편집]

주요 기사: Thermal comfort

캐나다 온타리오주 오타와 근처의 National Research Council에서 정밀하게 정량화된 에너지 노출을 테스트하기 위한 복사열 패널

열 복사는 체감 온도 감각에 영향을 미치며 인간의 편안함에 중요한 역할을 합니다. 열적 쾌적성을 향상시키기 위해 개인용 난방 및 냉방 장치를 포함한 다양한 기술이 개발되었습니다.

평균 복사 온도는 인간과 주변 환경 간의 복사열 교환을 정량화하는 데 사용되는 지표입니다.

개인 난방[편집]

복사 개인용 히터는 사용자가 체감하는 온도를 높이도록 설계된 에너지를 적외선으로 변환하는 장치입니다. 그들은 일반적으로 가스 구동 또는 전기입니다. 국내 및 상업용 응용 분야에서 가스 구동 복사 히터는 회로 차단기를 통해 끌어올 수 있는 전류의 양에 의해 제한되는 전기 히터보다 더 높은 열유속을 생성할 수 있습니다.

개인 냉각[편집]

맞춤형 냉각 기술은 광학 스펙트럼 선택성이 도움이 될 수 있는 응용 분야의 예입니다. 기존의 개인 냉각은 일반적으로 열전도와 대류를 통해 이루어집니다. 그러나 인체는 적외선을 매우 효율적으로 방출하여 추가적인 냉각 메커니즘을 제공합니다. 대부분의 기존 직물은 적외선에 불투명하고 신체에서 환경으로의 열 방출을 차단합니다. 적외선 전송이 옷을 직접 통과할 수 있도록 하는 동시에 가시 파장에서 불투명하여 착용자가 더 시원하게 유지할 수 있도록 하는 맞춤형 냉각 응용 분야를 위한 직물이 제안되었습니다.

윈도우[편집]

주택의 저방사율 창은 가시광선에 투명하게 유지되는 동시에 열 파장에서 낮은 방사율을 가져야 하기 때문에 더 복잡한 기술입니다. 유리창과 같은 표면으로부터의 열 전달을 줄이기 위해 방사율이 낮은 코팅이 된 투명 반사 필름을 표면 내부에 배치할 수 있습니다. "저방출(low-E) 코팅은 주로 복사열 흐름을 억제하여 U-factor를 줄이기 위해 창이나 채광창 유약 표면에 증착되는 미세하게 얇고 거의 보이지 않는 금속 또는 금속 산화물 층입니다." [27] 이 코팅을 추가함으로써 우리는 창문을 떠나는 방사선의 양을 제한하여 창문 내부에 유지되는 열의 양을 증가시킵니다.

우주선[편집]

반짝이는 금속 표면은 가시 파장과 원적외선 모두에서 낮은 방사율을 갖습니다. 이러한 표면은 양방향으로 열 전달을 줄이는 데 사용할 수 있습니다. 이에 대한 예로는 우주선을 단열하는 데 사용되는 다층 단열재가 있습니다.

열 복사를 포함한 모든 전자기 복사는 에너지뿐만 아니라 운동량을 전달하기 때문에 열 복사는 방사하거나 흡수하는 물체에 매우 작은 힘을 유도합니다. 일반적으로 이러한 힘은 무시할 수 있지만 우주선 항해를 고려할 때 고려해야 합니다. 우주선의 움직임이 중력만으로 예상된 것에서 약간 벗어난 파이어니어 이상 현상은 결국 우주선의 비대칭 열 복사로 추적되었습니다. 마찬가지로, 소행성의 궤도는 소행성이 태양을 향하는 쪽의 태양 복사를 흡수하기 때문에 교란되지만, 소행성의 회전으로 따뜻한 표면이 태양의 시야에서 사라지기 때문에 다른 각도로 에너지를 다시 방출합니다(YORP 효과).

나노 구조[편집]

스펙트럼 선택적인 열 방출 특성을 가진 나노 구조는 에너지 생성 및 효율성, [28] 예를 들어 광전지 및 건물의 주간 복사 냉각을 위한 수많은 기술 응용 분야를 제공합니다. 이러한 응용 분야는 8-13 미크론 파장 범위의 대기 투명도 창에 해당하는 주파수 범위에서 높은 방사율을 필요로합니다. 따라서 이 범위에서 강하게 방사되는 선택적 이미터는 맑은 하늘에 노출되어 우주 공간을 매우 낮은 온도의 방열판으로 사용할 수 있습니다. [29]

건강과 안전[편집]

대사 온도 조절[편집]

실용적인 실온 설정에서 인간은 공기로의 전도에 의해 손실되는 에너지 외에도 적외선 열 복사로 인해 상당한 에너지를 잃습니다(동시 대류 또는 드래프트와 같은 다른 공기 이동에 의해 지원됨). 손실된 열 에너지는 벽이나 기타 주변 환경으로부터 복사열을 흡수하여 부분적으로 회복됩니다. 인간의 피부는 1.0에 가까운 방사율을 가지고 있습니다. [30] 표면적이 약 2m2이고 온도가 약 307K인 인간은 약 1000W를 지속적으로 방출합니다. 사람이 296K의 표면으로 둘러싸인 실내에 있는 경우 벽, 천장 및 기타 주변 환경으로부터 약 900W를 다시 받아 100W의 순 손실이 발생합니다. 이러한 추정치는 옷 착용과 같은 외적 변수에 크게 의존합니다.

더 밝은 색상과 흰색 및 금속 물질은 발광을 덜 흡수하므로 결과적으로 덜 가열됩니다. 그러나 색상은 일상적인 온도에서 물체와 주변 환경 사이의 열 전달에 거의 차이를 만들지 않습니다. 이는 지배적인 방출 파장이 가시광선 스펙트럼이 아니라 적외선에 있기 때문입니다. 이러한 파장에서의 방사율은 시각적 방사율(가시 색상)과 크게 관련이 없습니다. 원적외선에서 대부분의 물체는 높은 방사율을 가지고 있습니다. 그러므로, 햇빛을 제외하고는 옷의 색깔은 따뜻함에 있어서 거의 차이를 만들지 않는다. 마찬가지로, 집의 페인트 색상은 페인트 부분이 햇볕에 비칠 때를 제외하고는 따뜻함에 거의 차이가 없습니다.

번즈[편집]

열 복사는 피부를 태우고 가연성 물질을 발화시킬 수 있는 현상입니다. 열 복사에 대한 노출로 인한 손상 시간은 열 전달 속도의 함수입니다. 복사열 플럭스와 효과는 다음과 같이 주어진다:[31]

kW/m2효과

170	플래시오버 후 구획에서 측정된 최대 플럭스
80의	개인 보호 장비에 대한 열 보호 성능 테스트
52의	섬유판은 5초 후에 점화됩니다.
29분	나무는 시간이 주어지면 불이 붙습니다.
20분	주거용 방의 바닥 수준에서 섬락의 일반적인 시작
16세	인간 피부: 5초 후 갑작스러운 통증과 2도 화상 물집
12.5	목재는 열분해에 의해 발화성 휘발성 물질을 생성합니다.
10.4	인간 피부: 3초 후 통증, 9초 후 2도 화상 물집
6.4 (영어)	인간 피부: 18초 후 2도 화상 물집
4.5	인간 피부: 30초 후 2도 화상 물집
2.5 호	사람 피부: 장기간 노출 후 화상, 소방 중 일반적으로 발생하는 복사속 노출
1.4	햇빛, 30분 이내에 햇볕에 탈 수 있습니다. 일광화상은 열 화상이 아닙니다. 자외선으로 인한 세포 손상으로 인해 발생합니다.

근거리 복사 열 전달[편집]

본문: Near-field radiative heat transfer

복사된 전기만파의 파장 규모 또는 그보다 더 작은 거리에서는 플랑크의 법칙이 정확하지 않습니다. 이렇게 작고 가까이 있는 물체의 경우 전자기파의 양자 터널링은 방사선 속도에 상당한 영향을 미칩니다. [1]

전자기 이론과 관련된 보다 정교한 프레임워크는 열원 또는 표면으로부터 더 작은 거리에 대해 사용되어야 합니다. 예를 들어, 하나 이상의 파장 표면으로부터의 거리에서의 원거리 열 복사는 일반적으로 어느 정도 일관성이 없지만, 근거리 열 복사(즉, 다양한 방사선 파장의 일부의 거리에서의 복사)는 시간적 및 공간적 일관성의 정도를 나타낼 수 있습니다. [32]

플랑크의 열 복사 법칙은 최근 수십 년 동안 법칙 예측에서 크게 벗어나는 나노 크기의 갭으로 분리된 물체 간의 복사 열 전달에 대한 예측과 성공적인 시연에 의해 도전을 받았습니다. 이 편차는 이미터와 흡수체가 차가운 물체와 뜨거운 물체를 분리하는 틈을 통해 결합할 수 있는 표면 폴라리톤 모드를 지원할 때 특히 강합니다(최대 몇 배의 크기). 그러나 표면 폴라리톤에 의한 근거리 복사 열 전달을 활용하려면 두 물체를 미크론 또는 나노미터 단위의 매우 좁은 간격으로 분리해야 합니다. 이러한 한계는 실제 장치 설계를 상당히 복잡하게 만듭니다.

물체 열 방출 스펙트럼을 수정하는 또 다른 방법은 이미터 자체의 차원을 줄이는 것입니다. [28] 이 접근 방식은 전자를 양자 우물, 전선 및 점에 가두는 개념을 기반으로 하며, 우물, 와이어 및 점을 포함한 2차원 및 3차원 전위 트랩에 제한된 광자 상태를 엔지니어링하여 열 방출을 조정합니다. 이러한 공간적 구속은 광자 상태를 집중시키고 선택한 주파수에서 열 방출을 향상시킵니다. [33] 필요한 수준의 광자 구속을 달성하려면 방사 물체의 치수가 플랑크의 법칙에 의해 예측된 열 파장 정도 이하여야 합니다. 가장 중요한 것은 열 우물, 전선 및 점의 방출 스펙트럼이 근거리장뿐만 아니라 원거리에서도 플랑크의 법칙 예측에서 벗어나 응용 분야의 범위를 크게 확장한다는 것입니다.