전구의 불이 켜지는 원리는 무엇일까?

전구의 불이 켜지는

원리는 무엇일까?

■ 백열전구의 구조 

백열전구는 유리구, 필라멘트, 지지대, 꼭지쇠, 꼭지로 이루어져 있습니다. 이 중 전기가 통하는 금속으로 만들어진 부분은 필라멘트, 지지대, 꼭지쇠, 꼭지입니다. 전구에 불을 켜기 위해서는 꼭지와 꼭지쇠가 각각 전선에 연결되어야 합니다. 꼭지에만 전선을 연결하거나, 꼭지쇠에만 전선을 연결하면 전구에 불이 켜지지 않습니다.

▲ 백열전구(출처: 무료 이미지 사이트 픽사베이 www.pixabay.com)

꼭지와 꼭지쇠에 전선을 연결하여 전기가 흐르기 시작하면, 전기가 흐르는 것을 방해하는 금속으로 만들어진 필라멘트의 온도가 올라가면서 빛을 내게 됩니다. 어떤 물질로 필라멘트를 만드느냐에 따라 최고 온도가 달라지지만, 텅스텐으로 만든 필라멘트의 경우 3000℃까지 온도가 올라간다고 합니다. 따라서 불이 켜져 있는 전구는 매우 뜨거운 상태이므로 함부로 손으로 만져서는 안 됩니다. 필라멘트를 오랫동안 사용하기 위해 백열전구의 유리구 속은 기체가 없는 진공 상태로 만들거나 아르곤과 질소와 같은 기체를 넣습니다.

전구가 사용하는 전기 에너지의 양에 따라 전구의 밝기가 달라지는 데 전구가 사용하는 전기 에너지의 양, 즉 전력이 20W 이하인 경우와 20W 이상인 경우 필라멘트의 모양이 달라집니다. 20W 이하인 경우에는 용수철 모양으로 감긴 코일이 하나로 되어 있고, 20W 이상인 경우에는 용수철 모양으로 감긴 코일이 이중으로 되어 있다고 합니다. 이중 코일을 사용하면 효율을 높일 수 있기 때문입니다.

백열전구의 유리구에 아무런 처리도 하지 않는 전구에 불이 켜졌을 때, 전구를 바로 바라보면 눈이 아플 정도로 밝은 빛을 내고, 오랫동안 바라보고 나면 전구를 바라보지 않아도 전구의 필라멘트가 빛이 나는 모습이 잔상이 남아서 괴롭기도 합니다. 이 때문에 유리구의 안쪽을 뿌옇게 만들게 되었습니다. 유리구의 안쪽을 뿌옇게 만들면 눈부신 것이 줄어들기 때문입니다.

■ 형광등의 구조 

요즘은 백열전구보다 형광등이 집의 조명 장치에 더 많이 사용됩니다. 형광등은 1938년에 미국의 제너럴 일렉트릭 사에서 발명한 것이라고 합니다. 발명된 직후에는 군사용으로 주로 사용되었지만 제2차 세계대전이 끝난 후에는 군사용이 아니라 일상용으로도 사용되기 시작하였습니다.

형광등은 기다란 유리관으로 되어 있고, 유리관의 양쪽에 필라멘트가 있습니다. 유리관 속은 진공으로 만든 후, 아르곤과 수은 기체를 넣습니다. 유리관 안쪽에는 형광 물질을 발라두었습니다.

▲ 형광등의 구조(출처: 에듀넷)

형광등에 전류가 흐르기 시작하면 유리관의 양 끝에 있는 필라멘트에서 방전이 일어납니다. 방전이 일어나면 필라멘트에서 생긴 열로 전자가 튀어나오고 수은과 아르곤이 활발하게 움직이며, 이 수은 기체와 전자가 잘 부딪치게 되어 자외선이 나오게 되는 것입니다. 이 때 수은 기체가 자외선을 내어 놓고, 이 자외선이 유리관 벽에 발라져 있는 형광 물질에 닿으면 가시광선으로 변하여 유리관 밖으로 밝은 빛이 나오게 되는 것입니다. 형광등을 켠 순간보다 시간이 지나고 난 후 좀더 밝아지는 것을 볼 수 있는데, 이것은 형광등에 전류가 흐르기 시작하는 순간보다 시간이 지나고 난 후에 수은에서 내어 놓는 자외선의 양이 더 많아지기 때문입니다.

형광등에 사용되는 형광 물질에는 여러 가지가 있고, 형광 물질의 종류에 따라 형광등 불빛의 색깔이 달라집니다. 실제로 한 가지 형광 물질만 쓰이는 경우는 거의 없고, 여러 가지 형광 물질을 섞어서 사용한다고 합니다. 백열전구와는 다르게, 형광등에는 일정한 전류가 흐를 수 있게 하는 안정기가 필요합니다.

[자료출처: 에듀넷]