형광방전관-형광등(fluorescent lamp)
형광방전등. 종래에는 우라늄 유리구 안에 2개의 전극을 넣고, 질소와 아르곤 가스를 봉입한 방전등을 가리켰다. 이것은 전극에 전압을 가하여 방전시키면, 질소가 발하는 자외선으로 우라늄 유리가 녹색형광을 발하며, 또 아르곤 가스인 경우는 적자색으로 빛나서 아름다우므로 장식용으로 사용되었다. 그러나 현재는 이런 의미로는 거의 사용되지 않는다.
형광등은 저압방전등(低壓放電燈)의 일종으로 1938년 미국의 제너럴 일렉트릭사(社)에서 발명되었다. 제2차 세계대전 중에는 군용(軍用)으로만 사용되었으나, 전후에 급속히 보급되어 현재는 백열전구와 더불어 광원의 주종을 이루어 모든 분야에서 사용되고 있다. 한국에서 형광등이란 말이 생긴 것은, 57년 신광전기가 지철근 박사의 도움으로 형광등을 개발하면서부터이다.
1) 구조 유리관의 내벽에 형광물질을 칠하고, 양쪽에 텅스텐의 이중 또는 삼중 전극을 넣고 그 속에 열전자를 방출하는 이미터(emitter)를 충전한다. 이미터는 전자방사를 왕성하게 하기 위하여 바륨 등의 산화물(酸化物)이 사용된다.
유리관 내는 진공으로 한 후, 소량의 수은과 아르곤 가스를 봉입한다. 또 점등을 자동적으로 쉽게 하기 위하여 점등관(點燈管:glow lamp)을 사용한다. 또 형광등은 방전등의 성격상, 방전이 시작되면 관전류(管電流)가 점점 증가하여 전극을 파괴하여 버리므로, 전류를 어느 값 이하로 제한하기 위하여 초크코일 등의 안정기를 사용한다.
점등에 있어서는 먼저 점등관의 바이메탈 전극이 발열하여 쌍전극에 접촉한다. 이때 형광등에는 정상의 2배 가까운 전류가 흘러 코일이 예열(豫熱)된다. 예열에 의하여 이미터로부터 열전자가 방출되고, 방전에 의하여 포화증기가 된 수은증기에 작용하여 자외선을 발생한다. 자외선은 관벽의 형광물질에 의해 가시광선이 된다(［그림］ 참조).
2) 종류 형광방전등의 크기는 W수로 표시하며, 10~40 W 이외에, 4~8 W의 저W관, 60~110 W의 고출력관, 110~220 W의 초고출력관이 있다. 색은 일반조명용에 주광색(晝光色)·백색온백색(白色溫白色), 연색성(演色性)이 뛰어난 자연색·자연백색 등이 있으며, 특수조명용으로는 청·녹·황·적·도홍색 등의 착색형광등이 있다.
그 밖에 특수한 용도의 형광등에 다음과 같은 것이 있다. ① 반사형광등:관의 내역에 반사막을 설치하여 직하광도를 높인다. 따라서 반사감이 필요없고 먼지가 많은 장소 등에 적합하다. ② 급속형광등:점등관을 사용하지 않고, 특수코일과 도전(導電) 스트라이프(stripe)를 사용하여 즉시 점등시킨다. 큰 빌딩·공장·지하도 등에서 사용한다. ③ 저온용:－20 ℃에서 사용할 수 있게 한 것. 냉동실이나 한랭지에서 사용한다. ④ 직류형광등:차량·선박, 빌딩이나 공장의 비상등 등의 직류전원을 사용하는 곳에서 쓴다. ⑤ 살균등:파장 260 nm 부근의 자외선이 가진 살균작용을 이용하는 것으로, 살균선 투과율이 좋은 특수유리를 사용한다. 공기살균·소독, 보존을 위한 기물의 직접살균 등에 사용한다. ⑥ 건강선(健康線) 형광등:파장 280~320 nm의 자외선의 건강작용을 이용하여 지하실 등에서의 일광욕이나 치료, 가축 등의 사육에 사용한다. ⑦ 블랙라이트:가시광선을 절재한 형광등으로, 자외선의 형광작용을 이용하여 금속마무리면·주물(鑄物)·보석·미술품 등의 각종 정밀검사에 사용한다. ⑧ 화학램프:자외선이 가지는 광화학(光化學) 반응작용을 이용하여 복사기나 사진제판 등에 사용한다. 이 밖에 무자외선 형광등이나 식물육성용·관상용·잎담배 선별용·포충용(捕蟲用) 형광등이 있다.
3) 특성 형광등은 백열등에 비하여 효율이 좋고, 소비전력은 1/3 정도이다. 또 빛이 부드럽고, 열을 거의 수반하지 않는 이점이 있고, 수명도 5~6배(약 3,000시간) 길다.
형광등의 정격전압은 ± 6 % 이내이며 전압이 높으면 흑화(黑化)가 진행되어 수명이 짧아진다. 또 전압이 낮으면 점등하지 않는다. 형광등은 1회의 점멸로 약 1.5시간 정도 수명이 줄며, 점멸 횟수가 적은 곳에 사용하면 좋다.
주위의 온도에 의하여 특성이 변동하며, 0 ~40 ℃ 범위 외에서는 점등하기 어렵고 밝기가 저하한다. 수명이 지난 형광등은 형광물질이 열하하여 광속(光束)이 감퇴하므로 비경제적이다.
[형광등의 원리]
[ 소 개 ]
형광 램프(fluorescent lamp)는 1938년에 미국 GE의 Inman이 개발하여 이미 반세기를 지나고 상품 수명이 성숙기에 도달하고 있다.
형광 램프는 백열전구와는 달리 점등 장치를 필요로 하지만 광의 질이 높고, 고효율로 경제성도 좋으며 취급도 쉬워 현재 광원의 주류를 이루고 있다. 최근에는 종래의 직관이나 서크라인등에 한하지 않고 U형, 전구형 등 여러 가지 형태가 용도에 따라 다양하게 실용화되고 있다.
형광등은 백열등과 다른 원리인 방전 램프로 빛을 발산하기 때문에 버리는 열이 적다. 방전 램프는 필라멘트가 없는 대신 저압 가스를 채워 넣어 가스에 전류가 통과할 때 빛을 낸다.
[ 내 부 ]
형광등은 '형광 방전관', '글로 램프', '안정기'의 3부분으로 구성되어 있다.
광원인 방전관에는 양끝의 전극에 필라멘트가 붙어있고, 필라멘트에는 열전자가 튀어나가기 쉬운 물질, 즉 바륨이나 스트론튬이 발라져 있다. 관 속에는 이미 설명한 것처럼 수은과 아르곤 가스로 채워져 있다.
전원 스위치를 넣으면 전원 전압은 점등관(글로램프)에 즉시 걸린다. 점등관은 유기관속에 고정전극과 바이메탈인 가동전극(可動電極)을 부착해 놓고 아르곤 가스를 넣어 밀봉한 구조로 되어 있다. 스위치를 켜면 점등관의 전극 갭에 방전이 일어나 바이메탈이 가열되어 늘어나 고정전극과 접촉한다. 거기서 비로소 형광등에는 폐회로(閉回路)가 구성되어, 방전관인 필라멘트에 전류가 흘러 가열된다.
이 가열로 필라멘트에서 열전자가 튀어나오고, 수은은 증발해서 방전개시의 준비가 된다. 그 사이에 점등관의 바이메탈은 냉각되어 복귀하고 방전과의 방전이 개시된다.
점등관과 병렬고 콘덴서가 들어 있는데, 이것은 점등관의 점멸에 의한 잡음전파를 방지하기 위한 것이다. 콘덴서는 라디오나 텔레비젼에서 잡음이 발생하는 것을 방지하기 위해 고주파 전류를 흡수하는 역할을 하고 있다.
[ 원 리 ]
형광등의 원리는 네온과 마찬가지로 고압에서 흐르는 전류의 방전을 이용한 것인데, 양끝에 전자를 발생시키는 전극은 흔히 우리가 말하는 꼬불꼬불한 필라멘트라고 이해하면 쉽다.
이러한 전극의 필라멘트에 고압이 걸리면 필라멘트는 가열되고, 이곳에서 전자가 방출된다. 전극은 전자가 방출되는 온도에 따라 열전극과 냉전극으로 나누어진다. 참고로 형광등은 900℃에서 전자가 방출되는 열전극에 속한다. 전극에서 방출된 전자는 양극을 이동하면서 유리관 속을 이온화 시키고, 수은가스와 충돌한다. 결국, 수은 가스 속에서 방전이 발생해 전자가 양 전극을 왕복하게 된다.
이 과정에서 수은 가스는 자외선을 발생시키고, 자외선 만으로는 조명의 역할을 할 수 없기 때문에 유리면에 발라져 있는 형광물질을 자극시켜 가시광선을 만들어내는데, 우리가 보는 것 같은 형광등의 불빛이 바로 그것이다.
형광등은 기체나 증기 속의 방전에 의한 빛을 광원으로 이용한 것이다. 따라서 필라멘트 발열에 의한 주울 발열을 이용한 백열전구와는 발광 원리가 근본적으로 다르다. 형광등은 진공 유리관에 소량의 수은 증기와 방전을 쉽게 하기 위한 아르곤 가스를 넣고 봉한 다음, 양 끝에 전극을 붙인 것이다. 이 전극 사이에 전압을 걸면 방전이 일어나 빛을 발하게 된다.
수은 증기 속에서 방전에 의해 방사되는 빛은 90% 정도가 눈에 보이지 않는 자외선이다. 눈에 보이는 이른바 가시광선(可視光線)은10% 정도에 불과한 청록색 빛뿐이다. 유리관 안쪽에 형광물질을 칠해, 자외선이 이 형광물질에 닿아 가시광선을 방사하도록 한 것이다.
수은등과 같은 원리인 형광등은 주로 스펙트럼의 보라색 부분에서 빛을 발산한다. 이렇게 발산된 비가시광선 등은 내벽에 코팅되어 있는 형광물질에 부딪치면서 가시광선으로 전환된 다. 코팅물질의 화학적인 작용에 의해 형성된 이 가시광선은 수초사육이라든가 그 밖의 어 떤 특정 목적에 맞게 사용할 수 있게 되는 것이다. 수은에서 뿜어 나오는 자외선을 받아 '흰색' 빛을 낸다.
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