전구

전구(電球, Light bulb, electric bulb, Lamp)는 전류를 통하게 하여 빛을 내는 도구이다. 구체 안에 들어있는 기체에 따라 전구의 종류가 백열전구, 네온전구, 할로겐전구 등으로 나뉜다.

역사

오늘날 우리의 생활에 편리하게 쓰이는 전구는 1879년 미국의 발명가 토머스 에디슨(Thomas Edison, 1847~1931)과 영국의 조셉 윌슨 스완(Joseph W. Swan, 1880~1940)에 의해 동시에 발명되었다.

그러나 전구의 역사는 좀 더 거슬러 올라간다. 앞서 1808년 영국의 화학자 험프리 데이비(Humphry Davy, 1778~1829)가 두 개의 탄소 전극 사이의 방전에 의해 주위의 공기가 이온과 전자로 나누어지는 플라즈마 상태의 아크방전을 시키는 아크등을 발명하면서 부터 전구의 역사가 시작됐기 때문이다. 데이비의 아크등은 파리의 콩코드 광장에 가로등으로 설치되었고, 미국과 유럽 등지에서 그 실험이 진행됐다. 그러나 데이비의 발명품은 빛이 지나치게 강하고 너무 빨리 타 버려 그 실용성에 한계가 있었다. 이러한 점을 보완하고 실용화한 사람이 에디슨과 스완이다. 그러나 스완의 전구도 전구 안을 진공으로 유지하는 데 문제점이 있었다.

결국 에디슨은 이 모든 문제를 해결하여 1879년 40시간 동안 빛나는 탄소 필라멘트 전구 실험에 성공했다. 그리고 그해 12월 3일 먼로파크 연구소에서 이 발명품을 세상에 공개하고, 다음 해에는 1500시간을 견디는 전구를 만들었다. 이후 에디슨의 탄소 필라멘트가 잘 끊어지는 것을 보완하여 1910년 쿨리지(William. D. Coolidge, 1873~1975)가 현재 쓰이는 텅스텐 필라멘트를 발명함으로써, 전구는 더 밝고 수명도 길어지게 되었다.

고온도에서는 전구의 필라멘트가 증발하여 점점 가늘어져서 절단되므로 1913년 미국의 랭뮤어가 질소가스를 봉입하여 증발작용을 억제시켜 수명을 길게 하였다. 그 후 아르곤가스를 넣어 보다 더 높은 효율로 점등시킬 수가 있었다. 지금의 전구는, 아르곤은 아크전압이 낮으므로 보통 아르곤 85%와 질소 15%의 혼합가스를 사용하고 있다. 열손실을 감소시켜 효율을 좋게 하기 위해 필라멘트를 코일 모양으로 치밀하게 감아 사용하면 기계적으로 강하다.

한국 최초의 전구는 1887년 3월 6일 에디슨 전기회사(후의 제너럴 일렉트릭)가 경복궁에 설치한 전구다.

세계에서 가장 오랫동안 사용된 전구는 미국의 캘리포니아 주 리버모어의 리버모어-플레젠튼 소방서에 있는, 센테니얼 라이트라 불리는 60W 전구로, 2015년 6월 기준으로 1백만 시간(114년) 사용되었다. 전구의 수명을 위해 4W 정도가 되도록 낮은 전압을 유지하고 있으며, 소방서 이사 때문에 옮길 때는 경찰차와 소방차의 호위를 받으며 운반되었다고 한다. 자세한 내용은 위키백과에 잘 설명되어 있다. 이 전구의 존재 때문에 "요즘 전구들은 왜 이렇게 오래 못 가는가?" 와 같은 문제제기가 힘을 얻고 있다고. 물론, 요즘 전구처럼 와트가 높은 전구가 아니라서 똑같이 견줄 수 없다는 반론도 나오긴 한다.

백열전구의 구조와 종류

백열전구의 구조

백열등은 유리구 속에 텅스텐 필라멘트를 봉입하고 내부를 진공으로 만들거나 또는 불활성 가스인 질소나 아르곤을 넣은 것이다. 금속 부분은 전류를 통하는 역할 뿐만 아니라 전구를 소켓에 고정시키는 역할을 한다. 필라멘트는 20W 이하의 것에는 단(單)코일, 그 이상의 것에는 2중 코일의 필라멘트로 되어 있다. 2중 코일로 하면 봉입 가스의 대류로 인한 열손실을 감소시킬 수가 있어 효율을 높일 수가 있다. 또 가스를 봉입하는 것은 텅스텐이 고온으로 증발되어 유리구의 내면에 부착되어 까맣게 되는 흑화현상을 방지하기 위해서이다. 유리구의 내면을 잿빛유리로 만든 것은 눈부신 것을 막는다. 필라멘트는 전구에서 빛을 내는 요소의 하나이다. 과거에는 탄소로 만든 얇은 줄이나 대나무로 만들었으나, 오늘날에는 텅스텐으로 만든다. 이것이 끊어지면 빛을 낼 수 없다.

40W 이하의 백열전구에서는 열손실이 커서 진공전구로 만드는 것이 좋다. 봉입가스 압력이 클수록 필라멘트의 증발을 억제하는 효과가 크지만 보통 600mmHg로 넣고 점등 시에 760mmHg 정도로 한다.

110V용 정격전압에 사용할 경우 수명은 필라멘트가 끊어질 때까지의 시간이다. 그러나 다른 전압을 사용할 경우는 다음의 식에 의해 변화한다. 여기서 사용전압과 규격에 표시된 전압과의 비를 n이라 하면 수명 ∝n-13.5, 광속 ∝n3.5, 효율 ∝n1.9, 전류 ∝no.58, 전력 ∝n1.58 이 된다.

예를 들어, 100V 규격전구에 105V를 가하면 수명은 51.8%가 된다. 전구를 점등하였을 때 필라멘트의 텅스텐이 고온으로 인하여 증발하여 유리구 내벽에 엷은 막으로 부착하여 전구가 까맣게 되는 흑화(黑化)가 일어나고, 그 결과 광도가 저하하여 전구의 수명이 짧아지고, 필라멘트가 가늘어져서 소비전력이 감소하므로, 광속은 80% 정도 감소한다.

일반용 조명 이외에 사용되는 많은 특수전구가 있다.

① 주광색전구: 필라멘트에 방사하는 빛 중에서 붉은색 부분을 흡수시켜서 주광색에 가까운 빛을 내는 것이다. 유리구도 청색유리를 사용하였으며 투과율은 70% 정도이다.

② 전광전구(全光電球): 투명 유리구의 내면에 규산의 백색 미분말을 도포한 것으로 유리구 전체가 균일하게 저휘도(低輝度: 2~3 Cd/cm2)로 발광한다.

③ 착색전구(着色電球): 장식용의 것으로 유리구를 빨강·초록·파랑·노랑 등으로 착색하여 사용하는 전구이다.

④ 자동차전구: 전조등·후미등·실내등 및 계기표시등 등이 있으며 6V·12V·24V의 축전지로 점등하고, 어느 것이나 수명을 짧게, 효율을 좋게 한 가스들이전구이다.

⑤ 적외선전구: 전구의 필라멘트 온도를 저하시키고, 유리구는 적외선을 잘 통과시키는 유리를 사용하여, 필라멘트에서 발생하는 방사선 중에서 적외선을 많이 얻을 수 있도록 만든 전구이다.

⑥ 내진전구: 필라멘트·베이스 등을 내진적(耐振的)으로 한 것이다. 선박용 전구에는 110V 및 220V, 10~500W의 일반조명용·투광기용·계기조명용 표시 등이 있다. 그 밖에 집어등용 전구, 영사용 전구, 관형(管形)전구, 변탁(變濁)전구, 섬광전구, 사진용 전구, 광산용 안전전구, 의료용전구, 측광용 표준전구 등이 있다.

백열전구 반대운동

백열등은 전력의 약 10%만을 빛으로 전환하므로, 형광등, LED 등과 같은 다른 대체재에 비해 에너지 낭비가 제일 심하다. 많은 환경단체들이나 국가들에서 사용을 자제하고 있다. 몇몇 국가에서는 백열등의 사용을 줄이기 위한 법안이나 조례를 제정하였다. 대한민국 정부에서는 2009년 안에 공공부문의 백열전구를 모두 퇴출시킬 계획이었다.

대한민국 정부는 2014년 1월부터 대한민국 내의 백열전구 생산 및 수입을 전면 금지하였다. 금지 대상은 150W 이하의 전구이다.

참고자료

• 〈전구〉, 《두산백과》
• 〈전구〉, 《나무위키》
• 〈백열등〉, 《위키백과》

같이 보기

• 텅스텐
• 빛
• 전류
• 필라멘트

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