[옆집과학] 머리 위 밝은 형광등, 내부는 전쟁 중

이민우 기자
입력 2022.04.02 06:00
옆집 과학’은 우리 주변과 옆집 등 일상에서 볼 수 있는 친근하고 다양한 현상에 담긴 과학 원리를 소개합니다. 무관심하게 지나쳤던 일상 속에 숨겨진 과학은 무엇인지 알려드립니다. <편집자주>

인류의 역사는 불빛, 조명과 함께 발전해왔다. 모닥불과 횃불에서, 호롱불, 가스등, 백열등 등 전구 같은 불빛과 조명은 어두운 곳을 밝혀 인간의 길을 열어주고 시야 확인을 도와주며 함께 인류의 역사를 만들어갔다.

형광등 / 픽사베이
현대에서 인류와 가장 가까운 대표적인 불빛, 조명은 형광등이다. 높은 발광효율과 긴 수명 등이 장점이다. 형광등은 겉보기엔 조용하게 빛을 내는 것 처럼 보이지만, 내부에서는 뜨거운 전쟁이 벌어지고 있다. 전자와 원자가 치열한 충돌과 싸움을 거듭하고 있다.

형광등은 폐기시 깨뜨리지 않은 채로, 다른 쓰레기와 분리해 별도 수거한다. 이유는 형광등 내부에 존재하는 수은 때문이다. 형광등 1개에는 대략 10㎎쯤의 수은이 함유되는데, 보통 증기의 형태로 존재하거나 내부에 발라진 형광물질에서 존재한다.

수은은 형광등의 발광에서 중요한 역할을 담당한다. 형광등 내부를 간단히 묘사하면 양 끝에 위치한 필라멘트(전구 등에서 열이나 빛을 내는 부품)와 수은증기, 내벽에 발린 형광도료 등으로 구성된다.

형광등 내부에 증기 형태로 존재하는 수은 / GEF
형광등에 전류가 흐르면 양 끝에 위치한 필라멘트는 열 전자를 방출한다. 방출된 열 전자들은 형광등 내부에서 움직이면서 수은 증기에 존재하는 수은 원자와 충돌한다. 열 전자와 수은 전자의 충돌 과정에서 적외선이 발생하게 된다.

발생한 적외선은 열을 잘 전달하지만, 사람의 눈으로 볼 수는 비(非)가시광선이다. 이를 가시광선으로 변환해주는 역할을 하는 것이 내벽에 발린 형광도료다. 적외선이 내벽의 형광도료에 충돌해 이를 자극하면, 형광물질은 우리가 눈에 볼 수 있는 가시광선 형태의 빛을 방출한다.

적외선이 형광도료와 접촉했을 때 가시광선이 발생하는 이유는 ‘형광’ 물질에 특성에 따른다. ‘형광’은 어떤 물질이 빛을 포함한 전자기파를 흡수해 빛을 내는 현상을 말한다.

형광물질에 적외선 등 높은 에너지를 보유한 전자기파를 쏘게 되면, 형광물질이 전자기파를 흡수해 불안정 상태가 된다. 해당 형광물질은 불안정 상태를 견디지 못하고 나노(n)초 단위로 흡수한 막대한 에너지를 빠르게 방출한다. 이것이 우리가 형광등에서 보게되는 빛의 형태가 된다.

이민우 기자 minoo@chosunbiz.com


T조선 뉴스레터 를 받아보세요! - 구독신청하기
매일 IT조선 뉴스를 받아보세요 닫기