고온의 물체에서 나오는 빛 「열방사」

물체가 열을 받아 일정 이상 뜨거워지면 빛을 내는 것은 많은 사람들이 알고 있다고 생각합니다. 예를 들어, 전기 스토브는 히터가 고온이 되면 히터에서 붉은 빛이 나옵니다. 고온의 물체에서 빛이 나오는 구조를 생각해 봅시다. 전열선에 전기를 흘려보내면 발열과 동시에 암적색이 됩니다. 전열선은 온도가 높을수록 밝은 색을 냅니다. 이때 전열선이 발열하는 것은 전열선의 금속 원자가 진동하기 때문입니다. 원자가 진동할 때 원자의 전자는 원자보다 가볍기 때문에 더 격렬하게 진동합니다. 전하를 가진 전자가 진동하면 전자파가 발생합니다. 차가운 얼음을 포함하여 모든 물체는 열을 가지고 적외선을 방출하고 있습니다. 이것은 전자의 진동에서 비롯됩니다. 그리고 물체의 온도가 일정 이상 상승하여, 전자의 진동 에너지가 가시광선의 에너지에 상당하는 크기가 되면, 육안으로 관측 가능한 빛을 방출합니다. 전자의 진동이 심해짐에 따라, 빛의 파장의 종류와 빛의 양이 늘어나고, 이윽고 백색광이나 청백색 빛을 방출하게 됩니다. 이처럼 물체가 열을 빛으로 방출하는 현상을 열방사라고 합니다. 열방사로 물체에서 나오는 빛의 색과 강도는 물체에 관계없이 온도에 의해 결정됩니다. 이것을 흑체 복사라고 합니다. 익숙한 예로 백열전구는 열방사를 이용하여 빛을냅니다. 백열전구는 전기 에너지를 열 에너지로 변환한 후 빛을 내기 때문에 전기 에너지를 빛으로 변환하는 효율이 낮아, 그 효율이 100와트의 전구로 10%정도 밖에 되지 않습니다. 따라서 빛나는 전구는 매우 뜨겁습니다. 광원이 발하는 빛의 색을 열방사로 빛을 내고 있는 물체의 절대온도(K)로 환산하여 나타낸 것을 색온도라고 합니다. 이 색온도에 따라 광원의 색을 수치적으로 나타낼 수 있습니다. 또 열방사로 빛을 방출하고 있는 물체에 대해서는, 그 물체의 색으로부터 온도를 알 수 있습니다. 예를 들어 우주에 빛나는 항성은 그 색을 통해서 표면 온도를 알 수 있습니다. 백열전구도 열방사를 통해서 빛을 내고 있기 때문에, 그 색에서 온도를 알 수 있습니다. 그러나 같은 전등에서도 LED나 형광등은 열방사로 빛을 방출하고 있는 것은 아니기 때문에, 그 색으로부터 온도를 알 수 없습니다.