조명
광선으로 밝게 비춤. 또는 그 광선
- 국립국어원 표준국어대사전
- 목차 -
Fig.1 너무 뜨겁고 비쌌던 최초의 전기 조명
Figure.1 험프리 데이비의 아크등
19세기 초 알레산드로 볼타Alessandro Volta가 최초의 현대식 전지인 ‘볼타의 파일’을 개발한 지 얼마 지나지 않아 험프리 데이비Humphry Davy 가 1802년 최초의 전깃불인 아크등을 만들었습니다. 아크등은 전극 사이에 전류를 흘려 주면 전극이 가열돼 열전자를 방출하는 아크 방전의 원리로 빛을 내는데요. 1844년 파리의 콩코르드 광장에서 처음 사용되었고, 이후 유럽 전역으로 퍼졌죠. 하지만 너무 밝은 빛과 뜨거운 열기 그리고 비싼 가격 때문에 제한적으로만 사용되었습니다.
Fig.2 백열전구의 발명가는 에디슨이... 아니었습니다!
Figure.2 제임스 보우먼 린제이의 전구
흔히들 토마스 에디슨Thomas Edison 이 백열전구를 발명했다고 알고 있지만, 에디슨의 전구가 등장하기 45년 전 이미 제임스 보우먼 린제이James Bowman Lindsay 가 1835년 백열전구를 고안했죠. 1875년엔 조지프 윌슨 스완Joseph Wilson Swan 이 개량된 백열전구를 특허 신청하기도 했고요.
당시까지 탄소, 백금-이리듐 합금, 석면으로 필라멘트를 만들고 질소를 주입하거나 진공 상태로 필라멘트를 폐쇄하여 백열전구를 제작했습니다. 탄소는 바스러지고 백금은 발광 상태에서 녹아내리는 문제가 있었습니다. 그리고 값도 비쌌어요. 이를 개선한 것이 바로 토마스 에디슨 인거죠. 에디슨은 1879년 대나무를 탄화시킨 필라멘트를 이용해 전구를 개량했어요. 그리고 1910년에는 윌리엄 쿨리지William Coolidge 가 우리가 아는 텅스텐 필라멘트를 발명했고, 그 결과 전구는 더 밝아지고 수명이 길어졌죠.
Fig.3 백열전구를 뛰어넘은 할로겐등
백열전구의 효율을 높이기 위한 시도는 계속되었는데요. 에디슨이 설립한 회사 제너럴 일렉트릭General Electric 에서 1959년 개발한 할로겐등도 그 노력의 일환이죠. 할로겐등은 진공 상태의 전구 안에 아르곤, 질소와 같은 비활성 기체와 브롬, 염소와 같은 할로겐 화합물이 첨가된 구조로 되어 있는데요. 이러한 구조로 텅스텐의 증발을 억제하고, 백열전구보다 더 높은 온도에도 필라멘트가 견딜 수 있도록 합니다. 결과적으로 백열전구보다 수명이 2~3배 늘어났고, 높은 발광 효율을 낼 수 있었죠.
Fig.4 곧 역사속으로 사라질 형광등의 짧은 역사
Figure.3 형광등의 전신이라고 볼 수 있는 가이슬러관
한편 아크방전의 원리로 빛을 내는 아크등, 백열전구 외에도 양이온 충돌로 빛을 내는 조명기기도 발명되었어요. 이를 글로 방전Glow Discharge 이라고 하는데요. 글로 방전의 원리는 마이클 패러데이Michael Faraday 에 의해 처음 관측되었죠. 패러데이는 진공 유리관 양쪽에 금속 필라멘트로 된 전극을 연결하고 고압을 흘려 주자 음극과 양극 양쪽에서 빛이 났죠.
1856년에는 율리우스 플뤼커Julius Plücker 와 요한 하인리히 빌헬름 가이슬러Johann Heinrich Wilhelm Geißler 가 더 강력한 진공관을 제작하여 패러데이의 실험을 재현했는데, 유리관 전체에서 빛이 나는 것을 발견했어요. 이는 가이슬러관이라고 불리며 1880년대 무렵 장식용 도구로 판매되었죠. 글로 방전을 이용해 최초로 상용화한 조명은 네온램프입니다. 네온은 1898년 윌리엄 램지William Ramsay 와 모리스 윌리엄 트래버스Morris William Travers 가 당시 새롭게 찾아낸 아르곤과 헬륨의 성질을 연구하는 과정에서 발견했어요. 이후 1902년 프랑스의 '에어 리퀴드 air liquide' 사에서 네온을 공기에서 분리하여 판매하기 시작했습니다. 그리고 1910년에는 네온램프를, 1912년에는 네온사인을 판매하죠.
당시 네온의 문제점은 일반 가정이나 직장에서 사용하는 백색광을 만들지 못한다는 점이었는데요. 백색 형광등은 1926년 에드먼드 저머Edmund Germer 에 의해 등장하죠. 백색 형광등은 유리관 내벽에 형광 물질을 바르고, 수은과 아르곤 가스를 넣어 전류를 흘려보내는 구조로 되어 있는데 1938년 제너럴 일렉트릭 사에 의해서 상용화됩니다. 형광등은 백열전구보다 부피도 크고 안정기도 필요했지만 경제적으로 더 효율적이었기 때문에 1990년대 중반까지 널리 쓰였죠.
Fig.5 전기조명계의 타노스 LED
Figure.4 닉홀로니악과 GE의 동료들 ⓒblog.buyled.es
형광등은 수은을 포함하기 때문에 환경문제를 일으킵니다. 이러한 이유로 형광등은 발광다이오드LED(Light-Emitting Diode) 로 대체되고 있죠. 형광등뿐만 아니라 백열전구, 할로겐등도 에너지 효율을 문제로 퇴출당하는 실정입니다. 그 빈자리를 LED가
LED는 반도체의 PN 접합으로 전자가 가지는 에너지를 빛으로 변환하는 구조로, 1962년 닉 홀로니악Nick Holonyak Jr 이 개발한 적색 발광 다이오드(GsAsP형)가 최초의 가시광선 LED입니다. 1960년대에는 가격이 높았으나 구조가 간단하고, 재료의 발전으로 점차 저렴해졌죠.
Fig.6 국내 최초의 전등
Figure.5 전기시등도 전기박물관
전기박물관1883년 고종 때 미국에 파견된 사절단인 보빙사는 에디슨의 회사에 방문합니다. 이들은 귀국 후 고종에게 전등 도입을 건의했죠. 이후 경복궁내 향정원 연못에 당시 아시아 최고의 증기기관식 화력 발전기를 설치했고, 1887년 3월 왕과 왕비의 처소였던 건청궁을 중심으로 700여 개의 전구에 불이 켜집니다. 하지만 당시 사용했던 전등은 아크등으로 많은 전력을 소모했고, 발전기의 소음도 심했죠. 그래서 얼마 가지 않아 전등을 잘 켜지 않게 되었다고 하네요.
Reference.
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제인 브록스. (2013). 인간이 만든 빛의 세계사. 을유문화사.
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F.A. Furfari. (2001). A different kind of chemistry: a history of tungsten halogen lamps. IEEE
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민병근. (2015). 우리나라의 전기 발상지 최초의 전등소, 경복궁 복원발굴로 찾아내다. Journal of the Electric World