방사율 (Emissivity)
한 줄 정의: 같은 온도의 흑체 대비 실제 표면이 내보내는 복사에너지의 비율입니다.
쉽게 풀면
모든 물체는 온도에 따라 복사로 열을 내보냅니다. 이상적인 흑체가 내보내는 양을 1로 두었을 때 실제 표면이 내보내는 비율이 방사율입니다. 0과 1 사이 값이며, 검고 거친 표면은 1에 가깝고 잘 닦은 금속은 0.05 이하로 아주 낮습니다.
왜 중요한가
복사 열전달량 계산에 직접 곱해지는 값이라 방열 설계, 단열 성능, 노 내부 해석의 정확도를 좌우합니다. 적외선 열화상으로 온도를 측정할 때도 방사율을 잘못 넣으면 온도가 크게 틀어지므로 실험 논문에서 반드시 명시합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"열화상 측정 시 시편 표면에 방사율 0.95의 흑색 도료를 도포하여 온도 오차를 줄였다."
방사율을 알기 어려운 금속 표면을 아는 값으로 바꾸어 측정했다는 뜻입니다.
조금 더 깊게 보면
키르히호프 법칙에 따라 열평형 상태에서 방사율과 흡수율은 같으며, 이 때문에 잘 방출하는 표면은 잘 흡수하기도 합니다. 방사율은 파장과 방향에 따라 달라지므로 엄밀하게는 분광 방사율과 방향 방사율을 구분하고, 실무에서는 전파장·반구 평균값을 씁니다. 산화되거나 거칠어진 금속 표면은 방사율이 크게 올라가므로 사용 이력에 따라 값이 변합니다. 태양열 흡수판처럼 파장에 따라 흡수율과 방사율이 다르도록 만든 선택적 표면도 같은 원리를 이용합니다.
주의할 점
방사율이 낮다고 표면이 차가운 것이 아니라 복사로 열을 덜 내보낼 뿐이며, 열화상 이미지에서 금속이 차게 보이는 이유가 이것입니다. 복사 열전달이 현상 전체를 다룬다면, 방사율은 그 계산에 들어가는 표면 물성값입니다.