[신나는 과학이야기] 빛의 진화… 눈 건강·절전 함께

우리나라에 처음으로 전등이 켜진 것은 1887년 3월. 에디슨이 1879년 전구를 발명했으니 햇수로 불과 8년 만에 전파됐다. 그 때까지 조명이라고는 촛불이나 기름램프밖에 모르던 우리의 당시 문화 전파속도를 감안하면 놀라운 속도로 다가온 것임에 틀림없다.

오늘날에야 백열전구와 더불어 형광등, 네온등 같은 방전램프가 여러 용도로 사용되고 있지만 아직도 가정에서는 작동원리에 따른 장단점을 파악해 적절하게 사용하고 있지 못하는 현실이다. 요즘 많이 사용하는 백열전구, 형광등, 삼파장 램프의 작동원리를 비교해 보고 특징을 파악해 봄으로써 눈의 건강은 물론 에너지 절약과의 연관성도 알아보고자 한다.

사용 빈도가 많이 줄고 있지만 백열전구는 지금도 우리 생활에 깊이 자리 잡고 있는 광원이다. 오늘날의 백열전구도 처음 에디슨이 발명할 때와 동일한 원리로 작동된다. 이름에서처럼 물질을 높은 온도로 가열할 때 빛을 내는 백열현상을 이용한 것이다. 에디슨은 처음에 대나무를 태워 필라멘트로 사용했지만 현재는 저항이 큰 텅스텐을 필라멘트로 사용하고 있다. 유리구 안에는 필라멘트의 산화를 방지하기 위해 질소와 아르곤 기체로 채우고 필라멘트에 전류를 흐르게 하면 약 3000℃까지 온도가 올라가면서 빛을 내는 것이다. 하지만 이렇게 높은 온도를 내기 위해 많은 열이 발생하고 곧바로 에너지 손실로 이어지는 단점이 있다. 실제로 공급되는 전기에너지를 100으로 봤을 때 백열전구에 의해 빛에너지로 바뀌는 정도는 5정도밖에 되지 않는다. 즉 백열전구의 효율은 5% 정도다. 따라서 백열전구는 짧은 시간 동안 자주 사용하는 장소에 적합한 조명이라 할 수 있다.

형광등이나 네온등 같은 방전램프는 백열전구와 다른 원리로 빛을 발산한다. 상대적으로 효율이 높은 편이다. 형광등은 수은 증기가 들어 있는 긴 유리관의 양 끝에 전극이 위치하고, 유리관의 안쪽에는 형광물질이 칠해져 있다. 유리관의 양 끝 전극에 높은 전압을 걸어 주면 전극의 온도가 순간적으로 올라가면서 열전자 방출에 의해 자유전자가 유리관 속으로 방출된다. 이 자유전자가 수은과 충돌하면 수은전자의 에너지상태가 올라갔다 내려오면서 자외선이 방출되는데 이 자외선이 형광물질에 부딪쳐 빛을 발생시킨다. 하지만 우리나라의 경우 교류전원의 주파수가 60㎐이기 때문에 1초에 120번 꺼졌다 켜졌다 하는 깜빡거림이 있는 것이 단점이다. 더불어 초기에 높은 전압을 필요로 하기 때문에 오랜 시간 빛이 필요한 곳에 알맞은 조명기구라 할 수 있다.

일반 형광등의 단점을 보완하기 위해 나온 것이 이른바 ‘삼파장 램프’라고 불리는 전구식 형광등이다. 전구식이라고 해서 전구소켓용만 있는 것도 아니고 삼파장이라고 해서 세 가지 파장을 낸다는 뜻도 아니다. 전구식 형광등도 일반 형광등과 같은 백색광을 낸다. 차이가 있다면 고주파 변환회로를 내장한 전자식 안정기가 60㎐의 주파수를 20㎑∼100㎑로 바꿔 주기 때문에 깜빡임이 2만번 이상이라 눈의 피로가 덜하다. 또 백열전구에 비해 65∼70% 정도의 절전효과가 있고,8배 가량 수명이 길어 경제적이다. 더불어 외형도 전구소켓에 맞도록 설계돼 있어 사용도 편리하다.

이세연 명덕고 교사