19일 첫 깨짐

처음으로 물체의 열복사 흡수 및 방출 효율이 일치하지 않게 되어 키르히호프의 열복사 법칙이 깨졌습니다. 과학자들은 키르히호프의 법칙이 보편적이지 않다고 한동안 의심해 왔지만 이것이 첫 번째 증거입니다. 이 발견은 햇빛으로부터 에너지를 수확하고 위장을 ​​개선하는 보다 효율적인 방법을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.

사람들은 오래 전부터 밝은 색이 어두운 색보다 열을 더 많이 반사하므로 더운 환경에서 더 좋은 옷을 입을 수 있다는 사실을 알아냈습니다. 뉴턴은 냉각 법칙을 통해 이 아이디어를 과학적인 기반으로 삼는 과정을 시작했습니다. 구스타프 키르히호프(Gustav Kirchhoff)는 이를 더욱 발전시켜 방사율(emissivity), 즉 동일한 온도에서 동일한 크기와 모양의 흑체 라디에이터에 비해 열을 방출하는 신체의 용량 간의 비율을 정의합니다. 그는 또한 방사율이 동일한 조건에서 물체가 얼마나 많은 열 에너지를 흡수하는지와 일치하여 그의 많은 법칙 중 하나를 생성했음을 보여주었습니다(다른 법칙은 전기 회로 및 분광학과 관련됨).

물리학자들은 이 법칙을 다음과 같이 표현합니다. "열역학적 평형 상태에서 열복사를 방출하고 흡수하는 임의의 물체의 경우 방사율은 흡수율과 같습니다." 이 법칙은 물체가 열역학적 평형 상태에 있을 때만 적용됩니다. 즉, 순 가열이나 냉각이 발생하지 않습니다. 이 법칙은 열을 반사할 뿐만 아니라 열을 유지하는 보온 담요와 같이 온도를 유지하는 데 사용할 수 있는 물체를 식별하는 데 유용했습니다.

과학 법칙에서 예외를 찾는 것보다 물리학자들이 더 좋아하는 일은 없으며 캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)의 Harry Atwater 교수는 그의 대학원생인 Komron Shayegan이 공학적 재료를 자기장에 배치하여 바로 그 일을 해냈다고 주장합니다.

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Atwater는 성명에서 "키르히호프의 법칙은 150년 이상 동안 유지되어 왔으며 위반에 대한 이론적 제안이 이전에 제기되었지만 이는 이 법칙이 위반될 수 있다는 최초의 실험적 증거입니다."라고 말했습니다.

Shayegan은 대부분의 경우 Kirchhoff의 법칙이 유용하다고 지적합니다. “재료의 흡수 특성을 설계하고 측정함으로써 우리는 방출 특성을 무료로 얻을 수 있습니다.”라고 그는 말했습니다.

에너지 위기가 그것을 변화시켰습니다. "광전지(태양 전지판)와 같은 에너지 수확 물체가 흡수된 에너지 중 일부를 에너지원(태양)을 향해 열로 다시 방출하는 경우, 해당 에너지는 인간의 목적을 위해 손실됩니다."라고 Shayegan은 설명했습니다. 광원에서 멀리 떨어진 곳으로 방사선을 재방출하는 장치를 사용하면 이를 포착할 수 있는 두 번째 기회를 얻을 수 있습니다. 예를 들어 첫 번째 태양광 패널 아래에 두 번째 태양광 패널을 배치하는 식입니다.

키르히호프 법칙의 특징은 흡수와 방출이 전체뿐만 아니라 모든 파장에서 동일하다는 것입니다.

Shayegan의 제품은 적외선의 흡수와 방출을 증가시키는 패턴 구조를 가지고 있지만 강한 자기장 반응도 가지고 있습니다. 1테슬라(스피커에 사용되는 것과 유사하며 개구리를 공중에 띄우는 데 필요한 것의 16분의 1)의 자기장에 놓고 실온 이상으로 가열했을 때 방출 효율이 흡수율을 초과했습니다. 결과는 50°, 100° 및 150°C(122°, 212° 및 302°F)에서 반복되었습니다. 효과는 자기장의 각도에 따라 달라지므로 미세 조정이 가능합니다.

인류가 화석 연료를 멀리하도록 돕는 것과 같은 작은 일 외에도, 이 작업은 투명 망토를 만드는 새로운 방법으로 이어질 수 있으며 특정 파장을 흡수하면서 방출을 방지할 수 있습니다.

이 연구는 Nature Photonics에 게재되었습니다.