인간의 눈으로 볼 수 있는 빛이다.
약 380 ∼ 750 n m 380 \sim 750\,\mathrm{nm}3 8 0 ∼ 7 5 0 n m 의 파장을 가지며, 색깔별 파장을 비교하면 아래와 같다:
보라색 < << 파란색 < << 초록색 < << 노란색 < << 주황색 < << 빨간색
모든 파장의 빛을 흡수하는 동시에 흡수한 에너지를 모두 복사 에너지로 방출하는 물체이다.
방출하는 복사 에너지의 세기는 빛의 파장에 따라 달라진다.
흑체가 가장 강하게 복사 에너지(최대 복사 에너지)를 방출하는 파장을 λ max \lambda_{\max}λ m a x , 빈의 변위 상수를 a aa , 흑체의 표면 온도를 T TT 라 할 때,
λ max = a T \lambda_{\max}=\frac{a}{T}λ m a x = T a 이다. ( a = 2.898 × 1 0 − 3 m ⋅ K ) (a=2.898\times10^{-3}\,\mathrm{m·K})( a = 2 . 8 9 8 × 1 0 − 3 m ⋅ K )
흑체가 단위 시간당 단위 면적에서 방출하는 복사 에너지의 세기를 파장에 따라 나타낸 것이다.
빈의 변위 법칙 λ max = a T \lambda_{\max}=\frac{a}{T}λ m a x = T a 에서 λ max \lambda_{\max}λ m a x 가 클수록 T TT 는 감소하므로
최대 복사 에너지를 방출하는 파장이 길수록 흑체의 표면 온도가 낮다.
별은 흑체와 비슷하게 복사하므로 별의 표면 온도가 높을수록 최대 복사 에너지를 방출하는 파장이 짧아진다.
따라서 별은 표면 온도가 높을수록 파장이 짧은 파란색을 띠고, 표면 온도가 낮을수록 파장이 긴 붉은색을 띤다.
그림은 표면 온도가 15000 K 15000\,\mathrm{K}1 5 0 0 0 K 인 어느 별을 나타낸 것이다.
이 별이 최대 복사 에너지를 방출하는 파장 λ max \lambda_{\max}λ m a x 를 구해 n m \mathrm{nm}n m 단위로 나타내보자. (단, 빈의 변위 상수는 3 × 1 0 − 3 m ⋅ K 3\times10^{-3}\,\mathrm{m·K}3 × 1 0 − 3 m ⋅ K 이다.)
빈의 변위 상수를 a aa , 흑체의 표면 온도를 T TT 라 할 때, λ max = a T \lambda_{\max}=\frac{a}{T}λ m a x = T a 이므로
λ max = 3 × 1 0 − 3 m ⋅ K 15000 K , \lambda_{\max}=\frac{3\times10^{-3}\,\mathrm{m·K}}{15000\,\mathrm{K}},λ m a x = 1 5 0 0 0 K 3 × 1 0 − 3 m ⋅ K ,
λ max = 3 × 1 0 − 3 m 15000 , \lambda_{\max}=\frac{3\times10^{-3}\,\mathrm{m}}{15000},λ m a x = 1 5 0 0 0 3 × 1 0 − 3 m ,
λ max = 1 × 1 0 − 3 m 5000 , \lambda_{\max}=\frac{1\times10^{-3}\,\mathrm{m}}{5000},λ m a x = 5 0 0 0 1 × 1 0 − 3 m ,
λ max = 1 × 1 0 − 3 × 1 0 − 3 m 5000 × 1 0 − 3 , \lambda_{\max}=\frac{1\times10^{-3}\times10^{-3}\,\mathrm{m}}{5000\times10^{-3}},λ m a x = 5 0 0 0 × 1 0 − 3 1 × 1 0 − 3 × 1 0 − 3 m ,
λ max = 1 × 1 0 − 6 m 5 , \lambda_{\max}=\frac{1\times10^{-6}\,\mathrm{m}}{5},λ m a x = 5 1 × 1 0 − 6 m ,
λ max = 1 5 × 1 0 − 6 m , \lambda_{\max}=\frac{1}{5}\times10^{-6}\,\mathrm{m},λ m a x = 5 1 × 1 0 − 6 m ,
λ max = 1 5 × 1 0 3 × 1 0 − 9 m , \lambda_{\max}=\frac{1}{5}\times10^{3}\times10^{-9}\,\mathrm{m},λ m a x = 5 1 × 1 0 3 × 1 0 − 9 m ,
λ max = 200 × 1 0 − 9 m , \lambda_{\max}=200\times10^{-9}\,\mathrm{m},λ m a x = 2 0 0 × 1 0 − 9 m ,
λ max = 200 n m \lambda_{\max}=200\,\mathrm{nm}λ m a x = 2 0 0 n m 이다.
1번 문항 정답 및 해설 보기
정답: $5$
빈의 변위 법칙 λ max = a T \lambda_{\max}=\frac{a}{T}λ m a x = T a 에서 λ max \lambda_{\max}λ m a x 가 클수록 T TT 는 감소한다.
최대 복사 에너지를 방출하는 파장(λ max \lambda_{\max}λ m a x )은 A < B < C \mathrm{A}<\mathrm{B}<\mathrm{C}A < B < C 이므로 표면 온도는 C < B < A \mathrm{C}<\mathrm{B}<\mathrm{A}C < B < A 이다.
그러므로 T C < T B < T A T_{\mathrm{C}}<T_{\mathrm{B}}<T_{\mathrm{A}}T C < T B < T A 이다.
따라서 정답은 5 55 번이다.
2번 문항 정답 및 해설 보기
정답: $1$
빈의 변위 상수를 a aa , 흑체의 표면 온도를 T TT 라 할 때, λ max = a T \lambda_{\max} = \frac{a}{T}λ m a x = T a 이므로
λ max = 3 × 1 0 − 3 m ⋅ K 5000 K , \lambda_{\max} = \frac{3\times10^{-3}\,\mathrm{m·K}}{5000\,\mathrm{K}},λ m a x = 5 0 0 0 K 3 × 1 0 − 3 m ⋅ K ,
λ max = 3 × 1 0 − 3 m 5000 , \lambda_{\max} = \frac{3\times10^{-3}\,\mathrm{m}}{5000},λ m a x = 5 0 0 0 3 × 1 0 − 3 m ,
λ max = 3 × 1 0 − 3 × 1 0 − 3 m 5000 × 1 0 − 3 , \lambda_{\max} = \frac{3\times10^{-3}\times10^{-3}\,\mathrm{m}}{5000\times10^{-3}},λ m a x = 5 0 0 0 × 1 0 − 3 3 × 1 0 − 3 × 1 0 − 3 m ,
λ max = 3 × 1 0 − 6 m 5 , \lambda_{\max} = \frac{3\times10^{-6}\,\mathrm{m}}{5},λ m a x = 5 3 × 1 0 − 6 m ,
λ max = 3 × 1 0 − 6 × 2 m 5 × 2 , \lambda_{\max} = \frac{3\times10^{-6}\times2\,\mathrm{m}}{5\times2},λ m a x = 5 × 2 3 × 1 0 − 6 × 2 m ,
λ max = 6 × 1 0 − 6 m 10 , \lambda_{\max} = \frac{6\times10^{-6}\,\mathrm{m}}{10},λ m a x = 1 0 6 × 1 0 − 6 m ,
λ max = 0.6 × 1 0 − 6 m , \lambda_{\max} = 0.6\times10^{-6}\,\mathrm{m},λ m a x = 0 . 6 × 1 0 − 6 m ,
λ max = 0.6 × 1 0 3 × 1 0 − 9 m , \lambda_{\max} = 0.6\times10^{3}\times10^{-9}\,\mathrm{m},λ m a x = 0 . 6 × 1 0 3 × 1 0 − 9 m ,
λ max = 600 × 1 0 − 9 m , \lambda_{\max} = 600\times10^{-9}\,\mathrm{m},λ m a x = 6 0 0 × 1 0 − 9 m ,
λ max = 600 n m \lambda_{\max} = 600\,\mathrm{nm}λ m a x = 6 0 0 n m 이다.
그림에서 600 n m 600\,\mathrm{nm}6 0 0 n m 는 주황색이므로 이 별의 색으로 가장 적절한 것은 주황색이다.
따라서 정답은 1 11 번이다.