[PSAT 기출] 2016 5급 언어논리 4책형 7번 해설 – 흑체복사 가시영역 전자기파 흑체 추론 문제

1 개요
2 문제
3 문제 해설
4 2016 5급 PSAT 언어논리
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개요

다음은 2016년 국가공무원 5급 언어논리영역 4책형 7번 문제 해설이다.

문제

문 7. 다음 글에서 추론할 수 없는 것은?

흑체복사(blackbody radiation)는 모든 전자기파를 반사 없이 흡수하는 성질을 갖는 이상적인 물체인 흑체에서 방출하는 전자기파 복사를 말한다. 20°C의 상온에서 흑체가 검게 보이는 이유는 가시영역을 포함한 모든 전자기파를 반사 없이 흡수하고 또한 가시영역의 전자기파를 방출하지 않기 때문이다. 하지만 흑체가 가열되면 방출하는 전자기파의 특성이 변한다. 가열된 흑체가 방출하는 다양한 파장의 전자기파에는 가시영역의 전자기파도 있기 때문에 흑체는 온도에 따라 다양한 색을 띨 수 있다.

흑체를 관찰하기 위해 물리학자들은 일정한 온도가 유지되고 완벽하게 밀봉된 공동(空洞)에 작은 구멍을 뚫어 흑체를 실현했다. 공동이 상온일 경우 공동의 내벽은 전자기파를 방출하는데, 이 전자기파는 공동의 내벽에 부딪혀 일부는 반사되고 일부는 흡수된다. 공동의 내벽에서는 이렇게 전자기파의 방출, 반사, 흡수가 끊임없이 일어나고 그 일부는 공동 구멍으로 방출되지만 가시영역의 전자기파가 없기 때문에 공동 구멍은 검게 보인다. 또 공동이 상온일 경우 이 공동 구멍으로 들어가는 전자기파는 공동 안에서 이리저리 반사되다 결국 흡수되어 다시 구멍으로 나오지 않는다. 즉 공동 구멍의 특성은 모든 전자기파를 흡수하는 흑체의 특성과 같다. 한편 공동이 충분히 가열되면 공동 구멍으로부터 가시영역의 전자기파도 방출되어 공동 구멍은 색을 띨 수 있다. 이렇게 공동 구멍에서 방출되는 전자기파의 특성은 같은 온도에서 이상적인 흑체가 방출하는 전자기파의 특성과 일치한다.

물리학자들은 어떤 주어진 온도에서 공동 구멍으로부터 방출되는 공동 복사의 전자기파 파장별 복사에너지를 정밀하게 측정하여, 전자기파의 파장이 커짐에 따라 복사에너지 방출량이 커지다가 다시 줄어드는 경향을 보인다는 것을 발견하였다.

① 흑체의 온도를 높이면 흑체가 검지 않게 보일 수도 있다.

② 공동의 온도가 올라감에 따라 복사에너지 방출량은 커지다가 줄어든다.

③ 공동을 가열하면 공동 구멍에서 다양한 파장의 전자기파가 방출된다.

④ 흑체가 전자기파를 방출할 때 파장에 따라 복사에너지 방출량이 달라진다.

⑤ 상온으로 유지되는 공동 구멍이 검게 보인다고 공동 내벽에서 방출되는 전자기파가 없는 것은 아니다.

출처: 사이버국가고시센터

문제 해설

① 흑체의 온도를 높이면 흑체가 검지 않게 보일 수도 있다.

가열된 흑체가 방출하는 다양한 파장의 전자기파에는 가시영역의 전자기파도 있기 때문에 흑체는 온도에 따라 다양한 색을 띨 수 있다.

흑체의 온도를 높이면 흑체에서 가시영역의 전자기파가 방출되기 때문에 흑체가 다양한 색을 띠어 검지 않게 보일 수도 있다.

따라서 보기의 내용은 옳다.

② 공동의 온도가 올라감에 따라 복사에너지 방출량은 커지다가 줄어든다.

온도 변화 없이 어떤 주어진 온도에서 공동 구멍으로부터 방출되는 전자기파의 파장이 커짐에 따라 복사에너지 방출량이 커지다가 다시 줄어드는 경향을 보인다는 것이 발견되었다.

그러므로 공동 역시 어떤 주어진 온도에서 전자기파의 파장이 커짐에 따라 복사에너지 방출량은 커지다가 줄어들 것이다.

따라서 보기의 내용은 옳지 않다.

③ 공동을 가열하면 공동 구멍에서 다양한 파장의 전자기파가 방출된다.

흑체가 가열되면 방출하는 전자기파의 특성이 변한다. 가열된 흑체가 방출하는 다양한 파장의 전자기파에는 가시영역의 전자기파도 있기 때문에 흑체는 온도에 따라 다양한 색을 띨 수 있다.

공동 구멍에서 방출되는 전자기파의 특성은 같은 온도에서 이상적인 흑체가 방출하는 전자기파의 특성과 일치한다.

그러므로 가열된 흑체에서 다양한 파장의 전자기파가 방출되듯이 공동을 가열하면 공동 구멍에서도 다양한 파장의 전자기파가 방출된다.

따라서 보기의 내용은 옳다.

④ 흑체가 전자기파를 방출할 때 파장에 따라 복사에너지 방출량이 달라진다.

공동 구멍에서 방출되는 전자기파의 특성은 같은 온도에서 이상적인 흑체가 방출하는 전자기파의 특성과 일치한다.

어떤 주어진 온도에서 공동 구멍으로부터 방출되는 전자기파의 파장이 커짐에 따라 복사에너지 방출량이 커지다가 다시 줄어드는 경향을 보인다는 것을 발견되었기 때문에, 흑체 역시 전자기파를 방출할 때 파장에 따라 복사에너지 방출량이 달라질 것이다.

따라서 보기의 내용은 옳다.

⑤ 상온으로 유지되는 공동 구멍이 검게 보인다고 공동 내벽에서 방출되는 전자기파가 없는 것은 아니다.

공동이 상온일 경우 공동의 내벽은 전자기파를 방출하는데, 이 전자기파는 공동의 내벽에 부딪혀 일부는 반사되고 일부는 흡수된다. 공동의 내벽에서는 이렇게 전자기파의 방출, 반사, 흡수가 끊임없이 일어나고 그 일부는 공동 구멍으로 방출되지만 가시영역의 전자기파가 없기 때문에 공동 구멍은 검게 보인다.

상온으로 유지되는 공동 구멍이 검게 보이는 이유는 공동 구멍으로 방출되는 가시영역의 전자기파가 없기 때문이다. 하지만 가시영역을 제외한 전자기파는 공동의 내벽에서 방출, 반사, 흡수가 끊임없이 일어나다가 그 일부는 공동 구멍으로 방출되기도 한다.

따라서 보기의 내용은 옳다.

정답은 ②번이다.

개요

문제

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