학문
흑체 복사 곡선에서 온도가 높아질수록 최대 세기를 갖는 파장이 짧아지는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 흑체 복사 곡선에서 온도가 높아질수록 모든 파장대역에 빛이 나오긴 하지만, 최대 세기를 갖는 파장이 짧아지는 이유는 무엇인가요?
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안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 흑체 복사 곡선에서 온도가 높아질수록 전체적으로 방출 세기가 커지면서, 동시에 최대 세기를 갖는 파장이 짧아지는 현상은 빈의 변위 법칙으로 설명됩니다.
이 현상의 물리적 이유를 분자·양자적 관점에서 이해해보자면, 우선 온도와 평균 에너지 증가의 측면에서 온도가 올라가면 흑체를 이루는 전자기파 진동자의 평균 에너지가 커지는데요, 플랑크의 양자화 가설에 따르면 진동자의 에너지는 E=hν로, 진동수가 클수록 더 큰 에너지를 갖습니다. 따라서 고온에서는 높은 진동수 영역에서도 유의미한 수의 진동자가 에너지를 가지게 됩니다. 또한 낮은 온도에서는 고주파 쪽으로 갈수록 필요한 양자 에너지가 커지므로 점차 방출 세기가 급격히 줄어드는데요, 하지만 온도가 높아지면 더 많은 진동자가 큰 에너지를 가질 수 있어서, 짧은 파장 쪽에서 방출 세기가 상대적으로 크게 증가하며 결과적으로 분포 곡선의 꼭짓점이 짧은 파장 쪽으로 이동하게 되는 것입니다. 감사합니다.