빛의 과학 세미나 중 미해결과제 'ㅡ'
작성 2008-07-27T00:21:20 (수정됨)
네- 오늘 세미나 발표자 05전승배입니다.<br />
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금일 세미나 중에 칸델라와 루멘에 대해 잠시 다루었는데요<br />
칸델라의 정의가 555nm의 파장을 갖는 전자파인 녹색광을 내는 광원이 발생시키는 <br />
단위 입체각( sr : steradian)당 광속(luminous flux) - 1 candela = 1 lumen/sr<br />
이렇게 했는데 발표자의 무지로 인해 입체각이 정확히 어떤건지 상상이 안가더라고요<br />
그래서 찾아봤습니다.<br />
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쉽게 설명 한다면, 일반적인 각도가 원의 중심에서 보았을 때의 원호의 길이에 대응한다면,<br />
구의 중심에서 보았을 때 구의 표면에 있는 면적에 대응하는 것은 입체각(solid angle)입니다. <br />
각도의 단위로 라디안(radian)이 쓰이는 데 비해 입체각의 단위로는 스테라디안(steradian)이 쓰입니다. <br />
각도의 단위로 도/분/초가 쓰이는 것처럼 입체각도 제곱도(square degree)로 표현할 수 있습니다. <br />
원 둘레의 길이에 해당하는 각도는 2π 라디안이며, <br />
구의 전체면적에 해당하는 입체각은 4π 스테라디안입니다. <br />
또한 정육면체의 중심에서 보았을 때 한 면의 입체각은 전체 입체각 4π의 1/6인 (4π/6) 또는 (2π/3)입니다. <br />
원호의 길이에 해당하는 각도가 "원호의 길이에 비례하고 원호까지의 거리에 반비례"하는데 비해, <br />
입체각은 "구의 표면에 있는 면적에 비례하고, 그 표면까지의 거리의 제곱에 반비례"합니다. <br />
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또다른 설명입니다.<br />
입체각을 이해하기 위해서는 빛을 예로드는 것이 편리합니다. 랜턴을 안개낀 날 밤에 비추면 빛의 세기는 거리에 따라 제곱분에 일로 감소합니다. 그러나 그 렌턴으로부터 나온 빛이 일정거리에서 차지하는 면적은 거리의 제곱에 비례하여 넓어집니다. 이때 변하지 않는 양은 (빛의 흡수가 없다면) 빛의 총에너지량과 또하나가 랜턴에서 나오는 빛이 만드는 원뿔의 각도입니다. 즉 이 빛원뿔을 따라가다 보면 거리에 따라 퍼지는 정도, 즉 단위면적당 빛의 에너지는 거리의 제곱에 반비레하지만, 이 빛이 통과하는 표면의 넓이는 거리의 제곱에 비례하여 커집니다. <br />
따라서 빛과 같이 직진성을 갖는 양의 3차원적인 '방사'는 이 빛원뿔 내부의 각도로 나타내면 편리하게 됩니다. 이 '원뿔'의 각도를 입체각으로 정의하게됩니다. 입체각은 위에 설명하였듯이 거리에 따라 변하지 않는 양으로 정의하게 됩니다. 즉 차원이 없는 양이됩니다. 입체각= (어느거리에서의 면적)/(거리의 제곱). <br />
반지름이 R인 구의 표면의 면적은 4 pi R^2이되므로 구의 입체각 = 4 pi R^2 / R^2 = 4 pi (steradian) 이 됩니다. <br />
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비유하여 설명된 개념입니다.<br />
간혹 기존의 개념과 비교해서 생각하면 도움이 되는 경우도 있죠. 평면각을 생각해보시기 바랍니다. 원에서 부채꼴을 하나 조각내서 떼어왔다고 보면 그 중심각이 우리가 부르는 평면각과 마찬가지이죠. 이 평면각은 호의 길이에 비례하므로 우리가 라디안이라고 부르는 단위가 쓰입니다. 입체각은 말그대로 이것을 입체로 확대시킨 개념입니다. 구에서 "원뿔" 모양을 잘라냈다고 봤을 때 그 중심의 "입체각"은 곧 구면 원뿔의 면적과 비례합니다. 그래서 이 면적을 가지고 스테라디안이라고 하면서 입체각의 단위로 쓰죠. <br />
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결론입니다.<br />
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일단 입체각은 좌표계에 적용할 수 있는 벡터량이 아니라 크기만을 나타내는 스칼라량이라고 합니다.<br />
그래서 방향을 정하는 기준점이 있는게 아니라 크기를 정하는 기준만 있게되죠<br />
(반지름이 1인 지점에서의 접점에서 그려지는 크기)<br />
따라서 sr이 나타내는 것은 공간상의 입체면적값이 되겠군요.<br />
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