전구가 빛나는 원리
필라멘트에 전류가 흐르면 전기 저항 때문에 뜨거워지고, 아주 뜨거워진 물질은 빛을 냅니다. 문제는 뜨거운 탄소나 금속이 공기 중 산소와 만나 금방 타 버린다는 점이어서, 유리구 안을 진공으로 만들거나 불활성 기체를 채워 필라멘트를 보호합니다. 필라멘트 소재가 녹는 온도가 높을수록 더 밝고 효율적으로 빛낼 수 있어 텅스텐이 쓰이게 되었습니다. 다만 위키백과 백열전구 항목은 일반적인 백열전구가 쓰는 에너지의 5% 미만만 가시광선이 된다고 설명합니다.
실제 사례 세 가지
사례 1. 두 사람의 전구: 에디슨과 스완 (동시 발명의 사례)
영국의 조지프 스완은 1878년 12월 뉴캐슬에서 첫 시연을 했지만 전류가 너무 세 몇 분 만에 꺼졌고, 1879년 1월 다시 시연한 뒤 2월에는 700여 명 앞에서 작동하는 전구를 보였습니다. 같은 해 에디슨은 10월에 13.5시간을 켜는 시험에 성공했습니다. 스완은 1880년 영국 특허를 얻고 1881년 스완 전기 조명 회사를 세워 상업 생산을 시작했습니다. 위키백과는 두 사람의 연구가 독립적으로 진행됐고, 스완의 낮은 저항 전구는 직렬 회로에만 쓸 수 있어 병렬로 배선하는 에디슨의 전력 시스템에는 맞지 않았다고 설명합니다. 영국에서는 스완의 특허가 강력해 1883년 두 회사가 합쳐 에디스완이 되었고, 미국에서는 같은 해 특허청이 에디슨의 개선 특허를 소여의 선행 기술에 바탕한 것으로 판단했다가 1889년 법원에서 에디슨의 고저항 탄소 필라멘트 권리가 인정되었다고 정리됩니다. 배울 점은 큰 발명이 한 사람의 번뜩임이 아니라 비슷한 시기의 여러 시도와 특허 전략 속에서 정리된다는 것입니다. 누가 먼저냐는 질문의 답은 어떤 기준(시연, 특허, 상용화)으로 보느냐에 따라 달라집니다.
사례 2. 100년 넘게 켜진 전구: 미국 리버모어의 센테니얼 라이트 (수명의 사례)
캘리포니아주 리버모어의 소방서에는 1901년부터 켜져 있다고 알려진 전구가 있습니다. 위키백과에 따르면 오하이오주 셸비 전기 회사가 1890년대 말에 만든 것이고, 1972년 기자가 나이를 알아차린 뒤 기네스북 등이 가장 오래 켜진 전구로 소개했습니다. 원래 60와트였지만 지금은 4와트 정도의 밝기로 어두워졌습니다. 오래 간 이유로는 손으로 만든 탄소 필라멘트, 고품질 부품, 낮은 전력, 질소가 많은 내부 기체 등이 거론됩니다. 1937년 소방서 공사 때 약 일주일, 1976년 이전 때 22분 동안 전원이 끊긴 기록도 있습니다. 2013년에는 웹캠 화면이 꺼져 수명이 다한 듯 보였지만 전원 장치 문제로 밝혀져 약 9시간 45분 뒤 복구되었습니다. 배울 점은 이 전구가 일반 전구의 기준이 아니라는 것입니다. 밝기를 희생해 오래 가게 만든 극단적인 사례라고 볼 수 있습니다.
사례 3. 일부러 수명을 줄였을까: 포이부스 카르텔 (논란의 사례)
1925년 1월 15일 스위스 제네바에서 오스람, 제너럴 일렉트릭, 필립스, 퉁스람 등이 포이부스 카르텔을 세웠습니다. 이 단체는 표준 전구 수명을 2,500시간에서 1,000시간으로 정하고, 더 오래 가는 전구를 만든 제조사에 벌금을 물렸다고 알려져 있습니다. 카르텔은 1939년 또는 1940년경 사실상 끝났고, 1949년 미국 법원은 제너럴 일렉트릭이 카르텔 활동 등으로 독점 금지법을 위반했다고 판단했습니다. 한편 1951년 영국 위원회는 수명을 일부러 줄였다는 계획적 진부화 혐의를 근거가 약하다며 기각했고, 1,000시간이 합리적 절충이라고 보았습니다. 같은 와트에서 수명이 짧은 전구가 더 밝다는 설명이 있기 때문입니다. 배울 점은 이 사건이 계획적 진부화의 상징으로 자주 언급되지만, 담합 사실과 수명을 줄인 의도는 구분해서 봐야 한다는 점입니다.
백열전구에서 LED로: 효율 비교
| 광원 | 효율(대략, lm/W) |
|---|---|
| 백열전구(120V 기준) | 약 16 |
| 컴팩트 형광등 | 약 60 |
| 백색 LED 램프 | 약 100 |
표의 값은 위키백과 백열전구 항목이 제시하는 대표값으로, 제품에 따라 크게 다릅니다. 한국은 2014년부터 150와트 미만 백열전구를 단계적으로 퇴출하고 있다고 소개됩니다(위키백과 기준). 유럽연합은 2009년 9월부터 불투명 전구 등을 단계적으로 시장에서 뺐고, 미국은 2007년 12월 에너지 독립 및 안보법으로 효율 기준을 정했습니다. LED는 1990년대 초 청색 LED 개발로 백색광이 가능해졌고, 개발자 세 사람이 2014년 노벨 물리학상을 받았습니다.
내 집에서 확인해 보기
- 밝기는 와트가 아니라 루멘으로: 와트는 전력, 루멘은 밝기입니다. 백열등-LED 밝기 변환기로 비교해 보세요.
- 전기요금 어림하기: 전구의 전력과 하루 사용 시간으로 전기요금 계산기에 넣어 비교합니다.
- 교체 기준: 포장에 적힌 루멘과 색온도를 확인하면 기존 전구와 비슷한 밝기와 분위기를 고를 수 있습니다.
흔한 오해와 정정
- 오해: 에디슨이 전구를 처음 만들었다. 실제: 그 전에 데이비, 드 라 루, 스완 등의 시도가 있었고, 에디슨의 비중은 실용화와 시스템 구축에 있다고 평가됩니다.
- 오해: 에디슨은 대나무 필라멘트를 처음부터 알고 특허를 냈다. 실제: 1879년 특허 문서에는 면사, 리넨 실, 나무 조각, 종이 등이 적혔고, 탄화 대나무가 1,200시간 넘게 간다는 것은 특허 이후에 확인된 것으로 서술됩니다.
- 오해: 하인리히 괴벨이 1854년에 전구를 만들었다. 실제: 1893년 괴벨 측이 이런 주장을 했지만 이후 연구는 이를 허구로 결론지었다고 설명됩니다.
- 오해: 전구는 일부러 빨리 타게 만든다. 실제: 포이부스 카르텔 사례처럼 담합은 있었지만 수명을 줄인 동기에 대해서는 해석이 갈립니다.
한계와 더 알아볼 점
발명 우선권은 시연일, 특허 출원일, 상용화 시점 중 무엇을 기준으로 삼는지에 따라 답이 달라집니다. 캐나다 정부는 우드워드와 에번스를 전구 발명자로 평가하며 에디슨이 1879년 그들의 특허권을 샀다고 위키백과가 소개하는 등, 국가별로 강조하는 인물도 다릅니다. 이 글의 연도는 위키백과 기준으로 정리했으며, 논문이나 박물관 자료마다 날짜가 몇 달 다를 수 있으니 인용이 필요하면 원 자료를 확인하세요.
자주 묻는 질문
에디슨이 전구를 세계 최초로 발명한 것이 맞나요?
정확히는 아닙니다. 에디슨 이전에도 조지프 스완 등 여러 발명가가 백열등을 연구했습니다. 에디슨의 진짜 업적은 오래 지속되면서도 대량생산이 가능한 실용적인 전구와 발전·배전 시스템을 함께 만든 데 있다고 평가됩니다.
전구는 지금도 많이 쓰이나요?
가정용 조명은 대부분 에너지 효율이 높은 LED로 대체되었습니다. 다만 백열전구가 만든 상용화 과정과 배전망 구축 경험은 조명 산업의 출발점으로 여겨집니다.
필라멘트에 왜 텅스텐을 쓰게 되었나요?
텅스텐은 녹는점이 매우 높아 더 뜨겁게 달궈 더 밝게 빛낼 수 있기 때문입니다. 1904년 유스트와 하나만이 텅스텐 필라멘트 특허를 받았고, 쿨리지가 가공하기 쉬운 연성 텅스텐을 개발하면서 널리 쓰였습니다.
전구 안에 진공 대신 기체를 넣는 이유는 무엇인가요?
어빙 랭뮤어가 1913년 불활성 기체를 채우는 편이 진공보다 낫다는 것을 발견했다고 소개됩니다. 기체가 있으면 필라멘트가 증발하는 속도가 늦어져 수명과 효율에 이로운 것으로 설명됩니다.
가장 오래 켜진 전구는 어디에 있나요?
미국 캘리포니아주 리버모어의 소방서에 있는 센테니얼 라이트가 가장 오래 켜진 전구로 알려져 있습니다. 1901년부터 켜졌다고 하지만 밝기는 처음의 60와트에서 4와트 정도로 어두워졌습니다.
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