안녕하세요.
에디슨을 말하면 그의 발명품인 전구를 떠올리게 되는데요.
그가 발명한줄만 알았던 백열등이 사실 최초로 발견된 것이 아니라고 한다면 믿으시겠나요?
오늘의 내용을 살펴보시면서 자세히 알아보도록 하겠습니다!
에디슨은 31세 되던 1878년 여름 여행에서 아크등 시스템을 처음 접했습니다. 아직 시험 단계이긴 했지만, 에디슨은 아크등을 보고 전기조명에 본격적인 관심을 두기 시작했습니다. 사실, 당시는 전기를 이용한 조명사업이 막 태동하려는 시기였습니다. 과학계에 있던 에디슨의 친구들은 전기를 이용한 조명 사업의 전망을 낙관적으로 보았고, 과학기술 잡지들도 전기조명을 집중적으로 소개하며 분위기를 띄우고 있었으며, 관련 특허 출원 수도 증가하는 추세였습니다. 1879년에는 발명가 찰스 배쉬가 사상 최초로 가로등과 같은 공공시설에 아크등을 설치하여 점등하는 데 성공을 거두는 실질적인 성과도 있었습니다. 그러나 당시 전기조명의 주류였던 아크등은 실내에서 쓰기에는 너무 밝고 위험해 가정과 건물 내에서도 쓸 수 있는 새로운 전기조명 방식이 필요했습니다. 에디슨이 백열등으로 눈을 돌린 까닭도 이 때문이었습니다.
많은 사람은 에디슨의 대표적인 발명품으로 흔히 전구를 떠올리곤 합니다. 그러나 사실 에디슨은 백열전구를 처음으로 발명한 사람이 아닙니다. 1809년에서 1878년 사이에 이미 20종의 백열등에 대한 특허가 영국, 미국, 러시아 등지에서 출원된 상태였습니다. 또한, 에디슨과 거의 같은 시기인 1879년 초에 영국의 발명가 조셉 스완이 자신의 백열전구를 대중 앞에서 시연한 적도 있었습니다. 지금도 영국 사람들에게 전등의 발명자를 물어보면 대부분이 에디슨이 아니라 스완이라고 대답할 정도입니다.
에디슨이 최초가 아님에도 경쟁자들보다 앞서 성공을 거둘 수 있었던 이유는, 그가 전구뿐 아니라 이를 실용적으로 사용하는 데 필요한 모든 기술적 요소들을 한꺼번에 고려하고 개발해냈기 때문입니다. 에디슨이 발명한 것은 전구라는 단일 품목이 아닌, 조명 시스템 전체였습니다. 아울러 그는 전기조명 시스템을 실제로 도입하는 데 필요한 환경을 조성하는 데도 신경을 썼습니다. 특히, 당시 이미 대도시에서 사용 중이던 가스등을 모델로 새로운 전기조명 시스템이 경제적인 우위를 차지할 방법도 고심했습니다. 미국의 기술사학자 토머스 휴즈는 이를 고려하여 에디슨이 전기조명 시스템의 개발 과정에서 단순한 발명가로서가 아니라 시스템 건설자(system builder)로서 역할을 했음을 강조했습니다.
에디슨은 1878년 9월부터 본격적으로 전기조명 시스템 개발에 집중하기 시작했습니다. 그는 언론을 통해 자신의 아이디어를 널리 알림으로써 투자자들을 불러모아 발명에 필요한 돈을 마련했습니다. 처음에 그는 전구와 필라멘트 개발에 집중했으나 이내 연구 대상을 진공 상태의 전구를 만드는 데 필요한 진공 펌프, 전기를 공급하는 발전기, 가정과 건물 내부로 전기를 끌어들이기 위한 배선함, 전구를 조작할 수 있는 스위치 등으로 관심을 넓혔습니다. 이뿐 아니라 전기 사용량을 측정하기 위한 계량기, 화재 위험을 막기 위한 퓨즈, 도선을 절연시키는 새로운 외장재, 발전소에 설치할 제어 및 모니터 패널 등 시스템에 필요한 부수적인 기기들을 개발하는 작업도 병행했습니다. 요컨대 에디슨과 그의 연구팀은 아직 전기와 관련된 기반시설이 전혀 없는 상황에서 전구뿐만 아니라 이와 연결된 모든 것들을 만들어내야만 했던 것입니다.
이 과정에서 그는 전기조명 시스템의 경제성을 향상시키기 위해 초기 고려했던 백금 필라멘트를 포기하고 탄소 필라멘트의 재료를 찾아 나서기도 했습니다. 발전기 역시 처음에는 다른 회사에서 제조한 것을 구입해 사용했으나 나중에는 에디슨의 시스템에 잘 맞는 것을 스스로 개발했습니다. 에디슨의 연구팀이 개발한 최초의 직류 발전기는 독특한 생김새 때문에 긴 다리 메리 앤(Long-legged Mary Ann)이라는 애칭으로 불렸습니다.
1880년부터 에디슨은 뉴욕 맨해튼의 금융, 상업 지구인 펄가(Pearl Street)에 최초의 전기조명 시스템을 상업적으로 도입하는 일에 몰두했습니다. 그는 발전소를 짓고, 집에서 전등을 사용할 가입자를 모집하고, 뉴욕시 의회로부터 공사 허가를 얻어내어 80km가 넘는 도로를 파헤쳐 전기를 보내는 전선을 땅속에 묻는 등의 일들을 감독했습니다. 또한, 전구, 전선, 퓨즈, 계량기 등을 대량으로 생산하는 여러 회사를 설립해 운영했고, 발전소에 설치하기 위해 훨씬 출력이 큰 점보(Jumbo) 발전기를 개발해 냈습니다. 점보 발전기는 100kW의 출력으로 1200개의 전등을 켤 수 있었는데 모두 여섯 대가 펄가 발전소에 설치되었습니다. 그 결과 1882년 9월에 펄가 발전소가 처음 가동을 시작했고, 그 해 12월에는 가로세로 1.6km의 구역에 전기를 공급할 수 있었습니다.
에디슨의 성공 이후 이를 본떠 전기조명 분야에 여러 회사가 뛰어들면서 전기 사업의 경쟁이 점차 치열해졌습니다. 특히 1885년부터는 에디슨의 직류 시스템과 웨스팅하우스의 교류 시스템이 양대 산맥으로 군림하여 전기 사업의 주도권을 두고 경합했습니다. 당시 직류 시스템은 장거리 송전이 불가능해 사무실과 가정이 밀집한 대도시에서만 사용할 수 있었던 반면, 교류 시스템은 1,000V 이상의 고전압을 이용하여 전력 손실을 줄이고 먼 거리까지 송전할 수 있었습니다. 직류와 교류의 경쟁은 1888년 니콜라 테슬라가 다상 교류 모터를 발명하여 교류 시스템의 약점을 해결함으로써 결국은 교류 시스템이 우세해졌습니다. 교류 시스템의 성장에 위협을 느낀 에디슨은 고전압으로 송전하는 교류가 위험하다며 교류를 헐뜯는 캠페인을 열기도 했지만, 이런 시도는 실패로 돌아갔고, 결국 경쟁에서 교류 시스템이 승리를 거두어 오늘날 우리가 사용하는 전기 시스템의 표준을 이루었습니다.
비록 에디슨이 종국에는 웨스팅하우스에 패하면서 전기 시스템의 패권을 넘겨주긴 했지만, 갖은 난관을 뚫고 최초의 상업적인 전기조명 시스템을 성공하게 한 데는 에디슨의 기여가 결정적이었습니다. 에디슨이 일궈낸 성공은 단지 조명을 가스등에서 전등으로 바꾼 데서 그치지 않고, 미국의 대도시에서 시작되어 전 세계로 퍼져 나간 에너지 대전환의 시발점, 전기를 떼어놓고는 생각할 수 없는 현대 문명의 바탕을 이룬 것입니다.
출처- 사이언스올
인류의 생활에 가장 큰 영향을 끼친 발명품은 무엇일까요? 누군가는 식량 문제를 해결하는 데 기여한 냉장고를, 또 누군가는 여성의 사회 진출을 도운 세탁기를 꼽을 것 같습니다. 그렇지만 유스로거는 전구야말로 우리 생활에 혁신을 가져온 위대한 발명품이 아닐까 싶은데요. 만약 전구가 발명되지 않았다면 우리는 아직도 하루의 절반을 어둠 속에서 보내야만 했을지도 모릅니다.
전구의 발명 이후 인간의 노동 시간은 획기적으로 늘어났습니다. 전구 없이는 지금의 문명도 없다고 할 수 있는데요. 오늘은 우리 생활에 혁신을 가져온 위대한 발명품, 전구에 대해 알아보겠습니다.
전구 비하인드 스토리, 114살 전구가 있다?!
1. 세계 최초의 전구
최초로 전구를 발명한 사람은 누구일까요? 많은 분이 토머스 에디슨을 떠올리실 텐데요. 그 주인공은 바로 영국의 화학자 ‘험프리 데이비’입니다. 그는 아크 방전을 이용해 최초의 전구인 ‘데이비 램프’를 발명했습니다. 데이비 램프는 촛불 4,000개에 해당하는 엄청난 밝기 때문에 가정용으로 사용되지 못하고 등대, 역사, 공장에서만 제한적으로 사용되었다고 하네요.
이후 수십 년간 전구의 개선 작업이 이루어지다가 토머스 에디슨이 수명도 길고 밝기도 적당한 백열전구를 만들어 본격적인 상업화에 성공하게 됩니다. 곧 토머스 에디슨은 ‘세계 최초의 백열전구’를 발명한 셈이죠.
2. 세계에서 가장 오래된 전구
세계에서 가장 오랫동안 사용된 전구는 미국 캘리포니아주 리버모어-플레젠튼 소방서에 있는 전구입니다. 이른바 ‘센테니얼 라이트(Centennial Light)’라 불리는 백열전구인데요. 2015년 6월 기준으로 1백만 시간(114년) 사용되었다고 합니다.
전구의 수명을 위해 4W 정도의 낮은 전압을 유지하고 있으며, 소방서가 이사할 때는 경찰차와 소방차의 호위를 받으며 운반되었습니다. 현재 리버모어-플레젠튼 소방국과 리버모어 문화유산 협회는 위원회를 만들어 이 전구를 관리 중이라고 하네요.
전구의 특징에 대해 알아보자
전구라고 하면 흔히 백열전구를 떠올리기 마련입니다. 하지만 전구는 백열전구 외에도 무척 많은 종류가 있는데요. 전구의 종류와 그에 따른 특징을 정리해 보았습니다.
1. 백열전구
백열전구는 1879년에 토머스 에디슨에 의해 발명된 이후로 현재까지 널리 사용되는 전구입니다. 백열전구의 핵심부품은 필라멘트인데요. 전류를 흘려보내면 빛과 열을 내는 역할을 합니다. 초기에는 대나무가 사용되었지만, 현재는 금속원소 중 녹는점이 가장 높은 텅스텐(Tungsten)이 쓰이고 있습니다.
백열전구의 구조는 유리구 내부에 텅스텐이 있고, 질소나 아르곤 가스가 채워져 있는 형태입니다. 질소나 아르곤 가스가 쓰이는 이유는 두 기체 모두 반응성이 낮아 유리구 내부를 안정한 상태로 유지할 수 있기 때문입니다.
사용되는 전력의 약 10%만을 빛으로 전환하는 것은 백열전구의 단점입니다. 또한, 수명도 약 1,000시간으로 다른 전구에 비해 짧은데요. 실제로 2013년 산업통상자원부에서는 백열전구의 생산 및 수입을 전면 금지하였습니다. 하지만 특유의 빛이 아늑한 분위기를 연출하기 때문에 백열전구의 퇴출을 아쉬워하는 목소리도 컸다고 하네요.
2. 형광등
형광등의 외부는 형광 물질이 발라진 유리로 이뤄져 있습니다. 내부에는 아르곤 가스와 수은 증기를 넣는데요. 실제로 형광등을 깨보면 하얀 기체가 피어오르는 것을 확인할 수 있습니다. 물론 수은은 인체에 해로운 물질이니 절대 시도하지 마세요!
작동 원리는 다음과 같습니다. 형광등 내부의 양극에 방전이 일어나면 수은 분자들이 충돌하는데요. 이 과정에서 자외선이 방출됩니다. 방출된 자외선이 내벽의 형광 물질과 만나면 실제 우리 눈에 보이는 가시광선이 되며, 형광 물질의 종류에 따라 다양한 색의 빛을 만들 수 있습니다.
형광등은 백열전구와 비교하면 소비전력이 1/3 수준입니다. 또한, 열이 거의 발생하지 않고 수명 역시 백열전구보다 약 5배 길다는 장점이 있습니다. 물론 단점도 있습니다. 켜고 끄는 과정이 반복될 경우 수명이 짧아질 수 있고, 온도가 지나치게 높거나 낮은 환경에서는 제대로 작동되지 않을 수 있습니다.
3. 삼파장전구
삼파장전구는 낮은 전력으로도 밝은 빛을 낼 수 있는 전구입니다. 빛의 삼원색인 적, 녹, 청 3가지 빛을 혼합해 빛을 내는데요. 사무실이나 가정에서 흔히 볼 수 있지만, 작동 과정에서 고주파를 사용하기 때문에 많은 전자파가 방출된다는 단점이 있습니다. 이로인해 인체와 직접 닿거나 오랜 시간 영향을 끼치는 조명으로는 사용되지 않습니다.
4. LED전구
LED전구는 전력 소비량이 적고 색 표현력이 좋아 인테리어 용도로 자주 쓰입니다. 최근에는 가정에서도 LED전구를 많이 사용하고 있는데요. 초기 구매 비용은 일반 형광등보다 비싸지만, 4배 이상 긴 수명과 절반에 가까운 전력 소비량을 가지고 있어 유지비용은 많이 줄어든다고 합니다. 그렇기 때문에 기존 백열등과 삼파장전구가 차지하고 있던 분야를 LED전구가 대체해가고 있는데요. 전류의 흐름을 바로 빛으로 변환시키기 때문에 앞으로도 발전 가능성이 큰 전구이며, 유해 물질을 방출하지 않아 환경에도 이롭고 탄소배출량도 줄여주는 친환경적 전구입니다.
5. 할로겐전구
할로겐 전구는 전구 안에 할로겐램프를 넣은 형태로, 다른 전구보다 작고 가벼운 것이 특징입니다. 높은 색온도를 갖고 있어 안정을 주는 은은한 조명을 연출할 수 있습니다. 덕분에 무대 조명, 미술관 등의 스포트라이트용 광원으로 많이 쓰이며, 조명 디자인 단골 소재로 이용된다고 합니다.
전구에 대한 다양한 정보, 재미있게 보셨나요? 우리가 무심코 사용하는 전구에는 이처럼 많은 이야기가 얽혀 있는데요. 전구가 빛을 내는 것을 당연하다고 생각하지 말고, 내 주변에 있는 전구는 어떤 종류이며 어떤 방식으로 작동하는지 알아보는 것도 좋을 것 같습니다.