복사 평형

복사 평형이란 물체를 떠나는 총 열 복사가 물체에 유입되는 총 열 복사와 동일한 상태를 말한다. 열역학적 평형을 위한 몇 가지 요건 중 하나이지만 열역학적 평형이 없을 때 발생할 수 있다. 복사 평형에는 여러 종류가 있는데, 그 자체가 일종의 동적 평형이다.

정의들

평형이란 일반적으로 대립하는 세력이 균형을 이루고 있는 상태로서, 따라서 체제는 시간에 따라 변하지 않는다. 복사 평형이란 복사열전달에 의해 열 교환이 이루어지는 경우에 대해 열 평형의 특정한 경우를 말한다.

복사 평형에는 몇 가지 유형이 있다.

Prevost의 정의

1791년 피에르 프레보스트에 의해 중요한 초기 기여가 이루어졌다.^[1] Prevost는 오늘날 광자 가스나 전자기 방사선으로 불리는 것이 그가 "자유열"이라고 부르는 액체라고 생각했다. Prevost는 자유 복사열이 매우 희귀한 액체라고 제안했는데, 이 액체 중 광선은 광선과 마찬가지로 통과에 있어 감지할 수 있는 방해 없이 서로를 통과한다. Prevost의 교환 이론은 각 신체가 다른 신체에 방사선을 방출하고 방사선을 받는다고 말했다. 다른 신체의 유무에 관계없이 각 신체의 방사선이 방출된다.^[2][3]

1791년 Prevost는 다음과 같은 정의(번역됨)를 제공했다.

자유 열의 절대 평형이란 공간 일부에서 이 액체가 빠져나갈 수 있는 만큼의 양을 받는 상태를 말한다.

자유 열의 상대적 평형이란 서로 동일한 양의 열을 받는 공간의 두 부분에서 이 액체의 상태를 말하며, 더욱이 절대 평형 상태에 있거나 정확하게 동일한 변화를 경험한다.

프레보스트는 이어 "같은 온도에서, 그리고 서로 옆에 있는 공간의 여러 부분의 열은 두 종류의 평형에서 동시에 발생한다"고 평했다."

점복사 평형

플랑크(1914년)^[4]에 이어 복사장이 특정 복사 강도 측면에서 설명되는 경우가 많은데, 이는 공간 영역의 각 기하학적 점의 함수다.^[5][6] 이것은 우주 지역을 위한 Prevost의 정의 방식과는 약간 다르다. 그것은 또한 Prevost의 정의와는 개념적으로 약간 다르다: Prevost는 결합열과 자유열이라는 관점에서 생각했지만 오늘날 우리는 물질 내의 열, 즉 열 광자 가스라고 하는 운동 에너지와 다른 분자의 동적 에너지의 열 관점에서 생각한다. 구디와 융(1989년)이 상세한 정의를 내린다.^[6] 그들은 물질에서 열방사선과 열 사이의 상호 변환을 생각한다. 특정 복사 강도로부터 $F{\displaystyle {\mathbf{}}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\$ $\}\},$ 공간 영역의 각 지점에서 방사선의 단색 벡터 플럭스 밀도를 구하는데, 이는 해당 지점에서 평균 단색 포아닌팅 벡터와 동일하다(9~11페이지의 Mihalas 1978^[7]). 그들은 방사선에 의한 물질별 단색 부피 고유 열 이득 속도를 단색 유동 밀도 벡터의 발산 음수로 정의한다. 단색 유동 밀도 벡터는 다음과 같은 지점 위치의 스칼라 함수다.

${\displaystyle h_{}}$ ${\displaystyle {\nu }_{}}$= -${\displaystyle \nabla }$ ${\displaystyle {\mathbf{}}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\$ $\}\}\}.$

그들은 (지각적으로) 단색 복사 평형을 정의한다.

${\displaystyle \mathrm{\nabla }}$ ${\displaystyle \cdot }$ ${\displaystyle {\mathbf{}}_{}}$ ${\displaystyle \mathrm{\nu }{}_{}}$= 0 ${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {F}$ _${\nu }=0$$}.$

다음과 같은 방법으로 방사선 평형을 정의한다(포인트)한다.

${\displaystyle h}$${\displaystyle }$= ${\displaystyle {}_{}^{}}$ ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}{}_{}}$ ${\displaystyle {\nu }_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle \nu }$= 0 ${\displaystyle$ h$=\int _{0}^{\infit }h_{\nu }d\nu =0}.$

즉, 복사 평형 내에 있는 공간 영역의 모든 지점에서 모든 방사선 빈도에 대해 물질의 열방사와 에너지 함량 사이의 에너지의 상호 변환은 영(0)이다. 포인트와이즈 복사 평형은 Prevost의 절대 복사 평형과 밀접한 관련이 있다.

미할라스와 웨이벨-미할라스(1984)는 ^[5]이 정의가 물질이 움직이지 않는 정적 매체에 적용된다는 점을 강조한다. 그들은 또한 미디어를 움직이는 것을 고려한다.

대략적인 지점별 복사 평형

1906년^[8] Karl Schwarzschild는 대류 및 방사선이 모두 작동하지만 방사선이 대류보다 훨씬 더 효율적이어서 대류가 근사치, 방치, 방사선이 지배적이라고 간주될 수 있었다. 이것은 별에서처럼 온도가 매우 높을 때 적용되지만 행성의 대기에서는 적용되지 않는다.

Subrahmanyan Chandrasekhar(1950, 페이지 290)^[9]는 "대기 내에서 열을 전달하기 위한 방사 외에 다른 메커니즘은 없다... [그리고] 주위에는 열의 원천이 없다." 이것은 슈바르츠실트의 1906년 근사 개념과 거의 다르지 않지만, 더 정확하게 언급되어 있다.

복사환평형

플랑크(1914, 페이지 40)^[4]는 열역학적 평형 상태를 말하며, "방사선에 의해 무작위 교환으로 선택된 두 신체 또는 신체 요소가 서로 동일한 양의 열을 갖는 것"이다.

복사 교환 평형이라는 용어는 방출과 흡수에 의해 동일한 양의 방사선을 교환하는 두 개의 특정 공간 영역을 지칭하는 데 사용될 수도 있다(정상 상태가 열역학적 평형 중 하나가 아니라 방사선을 포함한 물질 또는 에너지의 순 운송을 일부 하위 프로세스에서 포함하는 경우에도). 복사 교환 평형은 Prevost의 상대 복사 평형과 거의 같다.

근사 복사 교환 평형

첫 번째 근사치까지 복사 교환 평형의 예는 맑은 하늘이 있을 때 육해 표면과 가장 낮은 대기 사이의 비창 파장 열 방사선의 교환에 있다. 첫 번째 근사치(스윈뱅크 1963,^[10] Paltridge and Platt 1976, 페이지 139–140^[11])로서 비윈도 워너머에서는 표면과 대기 사이의 순 교환이 전혀 없는 반면, 창 위너머에서는 단순히 육해 표면에서 우주로 직접 방사선이 전달된다. 유사한 상황은 로저스와 월쇼(1966)가 처음 언급한 소위 "공간 근사치로 냉각"로 표현되는 하부 대류권의 격동적으로 혼합된 경계 층에서 인접 층 사이에 발생한다.^{[12][13][14][15]}

천문학과 행성 과학에서

전지구복사평형

지구 복사 평형은 행성과 같이 자신의 에너지를 공급하지 않는 전체 수동적 천체에 대해 정의할 수 있다.

Liou(2002년, 페이지 459년)[16]와 다른 저자들, 그런 점에서 저자들은, 이론적으로 들어오는 태양 방사선 지구 표면과 분위기에 흡수에 외향적이고longwave radiatio할 수 있는 것을 의미할 의도가 용어 세계적인 복사 평형 지구와 외계의 우주 사이 복사 교환 평형 세계적으로 회부하기를 사용한다.nfroom 지구의 표면과 그것의 대기. 프레보스트는^[1] 그때 지구 표면과 전체로 간주되는 대기는 절대 복사 평형 상태에 있다고 말하곤 했다. 사토(2004)와 같은 일부 텍스트는 단순히 글로벌 교환 복사 평형을 지칭하는 '방사 평형'을 가리킨다.^[17]

행성 평형 온도

일반적으로 어떤 행성에 대해 이론적으로 구상될 수 있는 다양한 지구 온도를 계산할 수 있다. 그러한 온도에는 행성의 평형 온도, 등가 흑체^[18] 온도 또는 유효 방사선 방출 온도가 포함된다.^[19] 이는 대기의 존재를 추가로 포함하는 측정된 지구 평균 표면 공기 온도와 관련이 있다(^[20]그러나 동일하지는 않음).

복사 평형 온도는 행성 내부에서 공급되는 에너지(예를 들어 화학원 또는 핵원자)가 무시할 수 없을 정도로 작은 경우에 대해 계산된다. 이 가정은 지구에는 타당하지만, 예를 들어 내부 에너지원이 주변보다 큰 목성의 온도를 계산하는데 실패한다.nt 태양 복사,^[21] 따라서 실제 온도는 이론적 복사 평형보다 높다.

항성 평형

별은 핵원에서 자체 에너지를 공급하고, 따라서 온도 평형은 입사 에너지의 관점에서만 정의될 수 없다.

콕스와 Giuli'의 별은, 전체로서 아니라 분위기에만 관심을 가두어 치뤄 지는'radiative 평형을 정의하(1968/1984)[22] 때 에너지의 별의 물질 입자의 미세한 움직임 에너지의 전자기에 의해 전달에 의해 균형을 이루도록 하는 핵 반응 플러스 점도에서 열기로 전송 속도와 맞먹는다.라드별에서 우주로 가는 Iation 이 복사 평형은 이전 사용법과 약간 다르다는 점에 유의하십시오. 그들은 우주에 에너지를 방출하는 별은 우주에 방사선을 지지하기 위해 항성 내에서 핵반응으로 인한 에너지를 공급하지 않는 한 일정한 온도분포 상태에 있을 수 없다는 점에 주목한다. 마찬가지로, 점괘 복사 평형의 위의 정의에 사용되는 조건은 방사하는 항성 전체에 걸쳐 지탱할 수 없다: 내부적으로는 항성이 내부 열역학적 평형이 아닌 일정한 온도 분포 상태에 있다. 콕스와 줄리의 정의는 동시에 항성이 일정한 온도 분포 상태에 있고 '방사 평형'에 있다고 말할 수 있게 한다; 그들은 우주로 가는 모든 복사 에너지가 항성 내부에서 나온다고 가정하고 있다.^[22]

복사 평형 메커니즘

광자의 생성이나 소멸보다 분자 충돌이 훨씬 더 자주 일어날 수 있는 충분한 물질이 한 지역에 있을 때, 방사선에 대해서는 국소 열역학적 평형을 말한다. 이 경우 방사상 흡수성과 복사성의 평등 법칙은 유지된다.^[23]

각각 고유의 국소 열역학적 평형에 있는 복사 교환 평형 안에 있는 두 개체는 동일한 온도를 가지며 복사 교환은 스톡스-헬름홀츠 상호주의 원리를 따른다.

참조