불에서 전기로, 어떻게 변했을까?[출처] 불에서 전기로, 어떻게 변했을까?|작성자 굿모닝 KEPCO

2022. 12. 5. 17:54스마트그리드 뉴스

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“프로메테우스가 불을 건네준 후 인류는 두 번째 불을 발견했다.”

처음 백열전구를 발명했을 때, 독일의 역사학자인 에밀 루트비히(Emil Ludwig)이 말한 말입니다. 이 말처럼 실제로 우리는 백열전구부터 형광등 그리고 네 번째 불인 LED까지 발전하며 엄청 다채로운 생활을 하고 있는데요. 그럼 이러한 불은 어떻게 발전되었을까요? 또한, 전기를 사용하는 수많은 조명들은 어떻게 다를까요?

©픽사베이

조명의 발전(경복궁에서 최초로 밝힌 불)

우리가 밤에도 밝은 생활을 할 수 있게 해준 빛!

우리 모두가 살아가는 데 있어서 빛은 정말 중요하고 소중한 존재입니다. 수천 년 전 인류는 불에만 의존하며 모닥불을 피우거나 조금 더 발전시켜 등불을 이용해 어두운 밤을 지냈습니다. 백열등을 시작으로 발달된 조명은 산업 발달에도 많은 영향을 미쳤는데요. 우리 대한민국에서도 135년 전, 전등불이 시작되었습니다. 1887년, 고종황제는 에디슨이 전기를 발명한지 8년 만에 ‘전기’를 공식적으로 조선에 들여왔습니다. 이렇게 들어온 전기는 대한민국이 세계 10위권의 경제대국으로 성장하는 발판이 되었답니다.

백열등, 형광등, LED 과연 어떻게 다를까?

우리가 흔히 알고 있는 전등이라고 한다면 백열등, 형광등, LED 등을 생각하실 것 같은데요. 이러한 전구들은 어떻게, 언제 발명되어 사용되게 되었고 어떤 원리로 작동되는지 알고 계신가요? 지금부터 저와 함께 하나하나 살펴보시죠!

<백열등>

백열등 구조 ©김민서 제작

우리가 전구를 발명시킨 인물이라면 바로 ‘토마스 에디슨’을 떠올릴 텐데요! 사실 전구는 에디슨이 태어나기도 전부터 존재했습니다. 그렇다면 에디슨은 어떤 것을 했을까요? 바로 기존의 전구를 더 오래가고, 더 편리한 전구로 개발하였습니다. 발명은 조셉 윌슨 스완에 의해 1860년에 발명되었답니다. 하지만 적절한 전기 공급원의 부족 등 여러 문제에 부딪혀 수명도 매우 짧고, 열도 많이 발생하여 비효율적인 전구였습니다. 이때 에디슨이 탄소 필라멘트를 이용하여 백열등의 대중화에 성공한 것입니다.

 

그렇다면, 백열등이란 무엇일까요? 백열등이란 백열(白熱), 말 그대로 흰빛을 내는 전등을 말합니다. 백열등은 진공의 유리구 안에 텅스텐으로 된 필라멘트를 넣은 구조로 되어있는데요. 내부의 필라멘트에 전류를 흘려보내어 발생한 열을 이용해 빛을 내게 됩니다. 이때 발생시키는 빛은 열을 통해 빛을 얻는 ‘온도복사’의 원리에 의한 것입니다.

모든 물질은 절대온도 0도, 즉 -273도가 넘으면 빛을 내는데 백열등의 필라멘트는 3,000℃의 고온으로 가열되어 온도복사에 의한 빛을 발생시키게 되는 것입니다. 이렇게 매우 높은 온도에서 가열되기 때문에 녹는점이 높은 텅스텐을 이용하여 필라멘트를 만듭니다. 하지만, 발생하는 에너지의 95%를 열로 방출하여 오직 5%만을 빛에너지로 사용되기 때문에 매우 낮은 효율을 갖는다는 단점이 있습니다. 이러한 낮은 전력 효율 때문에 2014년부터 백열전구의 생산과 수입은 전면 금지되었습니다.

이러한 백열등도 장점이 있는데, 전류를 흘리는 것 이외의 외부 장치가 필요하지 않기 때문에 가격이 저렴합니다. 또한, 연색성이 좋다는 특징이 있습니다. 광원으로 조명한 물체의 색이 보이는 것을 연색이라고 하는데, 이를 결정하는 성질을 연색성이라 합니다. 즉, 표면색에 가까운 색이 표현되는 광원일수록, 태양빛과 유사할수록 연색성이 좋은 것입니다.

<형광등>

형광등 ©픽사베이

형광등은 백열등처럼 뜨거운 것도 아닌데 밝은 빛을 냅니다. 그렇다면 이 빛은 어떻게, 어디서 나오는 걸까요? 그건 바로 전자기파를 이용한 것인데요. 전자기파는 우리가 볼 수 있는 가시광선이 아닙니다. 때문에 형광등의 유리 내부에 형광물질을 도포해서 전자기파를 우리의 눈으로 볼 수 있는 가시광선으로 바꿔주는 것이 바로 형광등입니다.

그렇다면 이 전자기파는 어떻게 발생되는 것일까요? 물질을 구성하는 최소 단위인 원자 속의 전자는 일련의 불연속적인 에너지값, 즉 위치를 가지는데 이것을 바로 에너지 준위라고 합니다. 하지만 열과 빛 등의 외부 자극을 받게 되면 더 높은 에너지 레벨로 이동하여 들뜬 상태가 되고, 다시 원래 위치로 돌아오려고 하는 성질이 있는데 이때 가지고 있던 에너지를 전자기파로 방출하는 것입니다. 형광등의 내부에는 수은 기체가 들어있는데, 이때 양쪽의 전극에 높은 전압을 걸어주면 전자기파가 발생하고 이 전자기파가 형광물질에 닿아 발광하면서 가시광선으로 바꾸어 우리 눈에 보이게 되는 것입니다.

형광등 구조 ©김민서

형광등은 주광색, 주백색, 백색, 은백색 등 형광등의 표면에 도포된 형광물질에 따라 다양한 색으로 바꿀 수 있다는 장점이 있습니다. 때문에, 분위기에 맞추어 원하는 색상의 형광등을 사용할 수 있습니다. 또한, 백열등에 비해 에너지 효율과 수명이 높아 백열등 대신 많이 사용하게 되었습니다.

하지만 형광등의 경우 초기 방전을 할 때 높은 전압을 걸어준 후 전류의 양을 일정하게 조절해 줄 수 있는 ‘안정기’라는 장치가 필요합니다. 때문에, 형광등을 교체해도 불이 제대로 들어오지 않는다면 이 안정기가 고장 났는지 확인할 필요가 있습니다. 또한 형광등이 깨질 경우에는 내부의 수은 가스가 공기 중으로 퍼질 수 있기 때문에 일반 쓰레기가 아니라 분리수거를 꼭 해야 하는 것 잊지 마세요!

<LED>

LED 발광 원리 ©김민서 제작

LED는 현재 우리가 생활하면서 정말 많이 볼 수 있는 전구 중 하나인데요. 요즘은 가정이나 학교 등 형광등을 사용했던 많은 곳에서 LED로 교체하여 사용하고 있는 것을 볼 수 있습니다. 이렇게 LED를 많이 사용하게 된 가장 큰 이유는 긴 수명과 높은 에너지 효율 때문인데요. LED의 경우 보통 20000~25000시간 정도의 수명을 갖고 있을 정도로 백열등, 형광등과 달리 굉장히 오랜 사용이 가능합니다. 하지만 연색성이 낮아 태양광과는 조금 달리 보이기 때문에 눈의 피로도가 조금 쌓일 수 있지만 일반적으로는 구분하기 힘들다고 합니다.

그렇다면 LED란 어떤 것일까요? LED는 발광다이오드인 Light-Emitting Diode의 약자로, 전류를 가했을 때 빛을 내는 반도체 소자로 전기에너지를 빛에너지로 변환시켜주는 광 반도체입니다. LED는 전자가 많은 N형 반도체와 양공이 많은 P형 반도체를 서로 접합시켜서 만든 다이오드입니다.

이렇게 P-N 접합되어 있는 상태에서 순방향으로 전압을 가하면 전자가 이동하여 정공과 결합하게 되는데 이때 발생한 에너지가 빛으로 방출되는 것입니다. 1962년에 적색 LED가 발명된 이후 1993년 청색 LED가 발명되면서 RGB 빛의 삼원색을 조합하여 백색의 LED가 실현되어 우리가 현재 볼 수 있는 조명으로 활용되게 된 것입니다.

빛의 삼원색(RGB) ©김민서 제작

다들 조명에 대한 궁금증이 해소되셨나요? 일상생활을 하면서 떼려야 뗄 수 없는 빛은 이렇게 우리의 곁에서 조금씩 발전되어 우리가 편리한 삶을 살게 해주는 소중한 존재입니다. 시대에 따라서 사랑받는 조명은 이렇게 조금씩 달라져왔는데요. 전기에 대해 조금 더 많은 정보가 궁금하시다면, 한전아트센터에 있는 전기박물관에서 ‘전기에너지의 역사’, ‘전기에너지의 확장’, ‘전기와 생활’, ‘우리나라 조명문화 변천’, ‘전력산업 100년의 발자취’로 총 5개의 구역으로 나눠져 세세하게 전기에 대해 다뤄지고 있다고 하니 꼭! 한번 방문해 보시 바랍니다. :)

[출처]

https://home.kepco.co.kr/kepco/PR/F/htmlView/PRFAHP001.do?menuCd=FN060501

https://www.samsungsemiconstory.com/kr/led%EB%9E%80-%EB%AC%B4%EC%97%87%EC%9D%BC%EA%B9%8C-led%EC%9D%98-%EA%B8%B0%EB%B3%B8-%EC%9B%90%EB%A6%AC%EC%99%80-%EC%A2%85%EB%A5%98-%EC%9E%A5%EC%A0%90/


https://blog.naver.com/goodmorningkepco