실험으로 함께하는  과학놀이

                              강성기 지음 / 도서출판 바른사

제 8 장   재미 있어요

9.  전기를 열과 빛으로 바꾼 전등의 비밀

 

  에디슨이 전등을 발명한 지 불과 7년 만인 1887년 3월, 아시아에서는 최초로 경복궁에서 빛을 밝혔습니다.

외국 문물을 받아들이는 것에는 적극적이지 못했던 우리나라가 아시아에서 가장 먼저 전등을 설치했을까요?

그것은 왕실을 위협하는 무서운 일이 밤에 주로 이루어졌기 때문에 깜깜한 밤을 두려워한 고종 임금의 요청 때문이었다고 합니다.

  이렇게 빛을 밝히는 전등의 원리와 발명이 된 과정을 알아봅시다.

              

? 필요한 것은

6V 건전지, 집게 전선, 형광등 안에 들어 있는 필라멘트, 샤프심

? 어떻게 할까요

1. 6V건전지의 양끝에 집게 전선을 각각 연결한다.

2. 집게 전선의 양끝에 샤프심을 각각 꽂는다.

           

3. 집게 전선에 꽂힌 샤프심의 끝을 서로 가까이 가져 보자(불꽃이 튄다).

4. 이번에는 한 개의 샤프심에 두 개의 집게 전선을 연결해 보자(샤프심이 열과 빛을 내면서 탄다. 이 현상을 더 빨리 보려면 두 개의 건전지를 직렬로 연결하면 된다).

 

5. 형광등의 한 쪽 끝에 집게 전선을 연결하여 보자. 형광등의 끝에는 두 개의 금속 철심이 나와 있는데 한 개의 금속 철심에는 집게 전선의 +극을, 다른 부분에는 -극을 연결한다(형광등에 약하지만 불이 켜진다(형광등 안은 진공 상태임))

            

6. 이번에는 형광등을 깨뜨려 스프링 모양의 텅스텐 필라멘트를 꺼내어 건전지에 연결하여 보자(진공 상태가 아닌 공기 중에 노출된 상태이기 때문에 필라멘트가 빨갛게 타오르다가 끊어진다).

 

? 왜 그럴까요?

1802년 영국의 화학자 '데이비'는 볼타가 개발한 전지 실험을 하다가 전지의 양극에서 뽑아낸 두 가닥의 철심 끝에 각각 목탄을 붙인 뒤 이를 가까이 대면 불꽃이 튀는 사실을 발견하였답니다.

그는 이러한 두 개의 목탄 조각을 서로 붙이지 않고 거리를 조금 띄워 놓아도 그 사이에서 불꽃이 반원을 그리면서 형성된다는 사실도 함께 알아냈답니다.

이는 전선을 타고 흐르던 전자들이 탄소라는 소재를 거치면서 저항 때문에 빛과 열로 바뀌기 때문입니다.

또, 일정한 거리만큼 떨어져 있어도 한쪽 끝에 몰려있던 전자들이 공기 속을 통해 반대편으로 건너뛰어 갈 수 있는 현상, 즉 방전 현상이라는 것이 일어났기 때문이랍니다.

이러한 연구를 거듭한 데이비는 자신의 발견을 더욱 발전시켜 유리관을 씌운 전등을 발명했고, 이를 가로등으로 만들어 파리의 콩코드 광장을 밝히는 데 성공하였답니다.

하지만 전극의 양쪽에 붙여 놓은 탄소가 열 때문에 곧 타버리는 문제점이 있었는데 이를 해결한 사람이 '에디슨'이랍니다. 에디슨은 유리관을 진공 상태로 만들어 전극의 탄소가 타는 문제를 해결하였답니다.

즉, 진공 상태가 아닐 때에는 공기중의 산소와 결합하여 열 때문에 타지만 진공 상태에서는 산소가 없기 때문에 계속해서 열과 빛을 낼 수 있다는 점에 착안한 것입니다. 그래서 일부 학자들 중에는 에디슨이 전등을 발명했다기보다는 전등을 개량한 사람이라고 하는 것도 이와 같은 이유랍니다.

오늘날의 백열등은 진공 상태의 유리관에 열과 충격에 강한 '텅스텐'을 필라멘트로 개발하여 전등으로 탄생하게 되었습니다.

백열등과 함께 널리 사용되고 있는 형광등은 에디슨 전기 회사의 후신인 제너럴 일렉트릭사의 연구원인 '이만'이 손에 쥐어도 뜨겁지 않는 개똥벌레 불을 보고 연구 끝에 만들어지게 되었다고 합니다.