Thermal Motion, Thermal Energy, Thermal Velocity, Thermal Voltage   열 운동, 열 에너지, 열 속도, 열 전압

1. 열적 불규칙 운동에 따른 주요 물리량

  ※ [요약]
     - 열 운동 (Thermal Motion) ≒ 열적 불규칙 운동 이란?
        . 절대온도 0 K 이상에서, 모든 입자(분자 등)가 갖게되는 무작위 운동(병진,회전,진동)으로써,
        . 주로, 그 중 병진운동과 관계된 열적 불규칙 운동 만을 지칭함
     - 사실상, 다음에 열거된 물리량들 모두가, `기체분자운동론`에 기초하여 해석 가능함
        . 여기서, 기체분자운동론 이란?
           .. 개별 분자들의 열 운동을 전체 기체의 압력,부피,온도와 평균적으로 연결시켜주는 이론

  ㅇ 열 에너지 (Thermal Energy) 
     - ① 열 운동에 의한 내부 에너지                   ☞ 내부 에너지 (Internal Energy) 참조
        . 열적 불규칙 운동으로,
           .. 기체 분자 입자 하나하나가 갖을 수 있는,
           .. 평균 운동에너지를 지칭

        . 이때, 에너지 등분배 법칙으로부터 평균 운동에너지는,
            
[# E_{kin} = 3/2 \; kT #]
   [J (Joule)]
           .. k = R/NA = 1.38x10-23 [J/K] 
           .. (k : 볼츠만상수, R : 보편기체상수, NA : 아보가드로 수)

        . 결국, 내부 에너지는, 온도에 비례
           .. 온도가 높다면, 그만큼 내부 분자들의 열 운동이 활발하다는 것임

     - ② 흔히, 현열 또는 잠열 형태의 내부 에너지를 뜻함
        . 일상적으로, 물체가 품고있는 열량을 지칭
        . 이때의 단위는, 단위 질량 당 에너지를 나타내도록, [J/㎏] 를 씀

     - ③ 한편, 열 에너지는, 열 복사 에너지와도 관련됨   ☞ 열 복사 (Heat Radiation) 참조
        . 0 [K] 이상의 온도를 갖는 모든 물체는, 전자기파 복사 에너지를 방출

  ㅇ 열 속도 (Thermal Velocity)
     - 열적 불규칙 운동에서 기체 분자 입자 하나가 갖을 수 있는  평균적 속도
        . 전자 등 입자의 운동에너지 : 1/2 m* vth2
           .. m* : 입자 종류 및 주위환경을 고려한 유효 질량
        . 따라서, 열에너지 3/2 kT = 1/2 m* vth2 로부터
           .. 열 속도 : 

  ㅇ 열 전압 (Thermal Voltage) : VT
     - pn 접합 양단간의 전류 전압 관계식에서 지수항의 분모   ☞ 쇼클리 다이오드 방정식 참조
        .  I = Is [ exp(V/VT) - 1 ] ≒ Is exp(V/VT)
           .. Is : 포화 전류
           .. VT = kT/q : 열 전압(Thermal Voltage), 실온(T=300 K)에서 대략 26 mV 
           .. k : 볼츠만 상수 (1.381x10-23 [J/K])
           .. T : 절대 온도 [K] (실온, T=300 K)
           .. q : 전자 전하량 [C] (1.602 x 10-19 [C])

  ㅇ 열 잡음 전압 (Thermal Noise Voltage) = 존슨 잡음 전압 
     - 저항 양단에 걸리는 AC rms 잡음 전압 : 
        * 1926년 벨 연구소 John Johnson이 저항 양단에 온도에 비례하는 불가피한 잡음 전압
          을 발견하고, 이를 Nyquist가 이론적으로 설명을 함