조명은 선사시대부터 쓰던 불에서 시작되었습니다. 불을 밝혀줄 연료가 동식물 기름, 가스, 석유로 다양해지면서 등잔, 램프, 양초, 가스등, 석유램프 등으로 조명도 발전했습니다. 전기를 사용하는 전구로의 혁신적인 변화는 19세기 데이비에서 모색되어 에디슨이 상용화시켰습니다. 에디슨의 전구를 중심으로 전구의 역사를 알아보겠습니다.
에디슨 이전의 전구 개발
전구(電球, Electric Bulb)는 진공 또는 질소나 아르곤가스를 넣은 유리구에 저항을 일으키는 필라멘트를 넣고 전류를 흘려 2,000℃ 이상 고온에서 온도방사를 일으켜 발광하는 것입니다. 백열전구는 1879년에 에디슨이 만들었지만 백열전구에 이르는 조명의 역사는 선사시대 인간이 불을 사용하면서 시작됐습니다. 불은 음식을 익히고 [조리], 몸을 따뜻하게 하며 [난방], 스스로를 지키고 [안전], 어둠을 밝히는 데 [조명] 사용되었다. 조명의 역사는 동식물의 기름으로 불을 더 오래 유지할 수 있게 되면서 등잔, 램프, 양초 등으로 발전했고 18세기 유럽에서 밤에도 공장을 가동하면서 더 밝은 조명이 필요하게 되면서 가스등이 등장했습니다. 가스등도 불빛이 어둡고 사고 위험도 있어서 새로운 조명이 필요했고 1808년 영국의 화학자 험프리 데이비가 아크등을 발명했습니다. 아크등은 두 개의 탄소 전극 사이의 방전으로 주위 공기가 이온과 전자로 나누어지는 플라즈마 상태의 아크방전으로 빛을 내는데 최초의 전구로 평가됩니다. 아크등은 촛불 4000개 밝기의 빛을 내도록 만들어져서 가정에서 쓰기에는 너무 밝았습니다. 부피가 크고 장치도 복잡하지만 효율이 높고 백색광에 가까운 빛을 내기 때문에 런던에서는 오랫동안 사용됐습니다. 파리 콩코드 광장에 가로등으로 설치되었고, 미국과 유럽 등지에서 실험이 다수 진행됐습니다.
에디슨의 백열전구
아크등의 단점을 보완하기 위해 많은 과학자들이 나섰지만 1879년 미국의 토머스 에디슨이 영국의 조지프 스완(Joseph W. Swan)과 함께 40시간 동안 빛나는 탄소 필라멘트 전구 실험과 백열전구 실용화에 성공했습니다. 진공 속에서 탄화된 실을 유리구 안에 넣고 백금을 사용하여 외부와 연결했고 필라멘트가 들어 있는 백열전구를 발명하면서, 전기를 만드는 발전기, 전기를 전선을 따라 흘려보내는 방법, 전선에 과도한 전류가 흐르는 것을 막는 방법 등을 함께 고안했습니다. 필라멘트는 전구나 전자관 속에서 전류를 흘려 빛이나 열전자를 방출하는 선인데 종이나 대나무를 탄화한 필라멘트를 거쳐 1894년 셀룰로오스로 탄소 필라멘트 전구를 만들었습니다. 에디슨의 탄소 필라멘트는 섭씨 1,800도에서 탄소가 증발하여 전구 안쪽이 검게 변하고 필라멘트가 점점 가늘어지다가 끊어지는 현상이 발생했습니다.
1910년 쿨리지(William. D. Coolidge, 1873~1975)가 텅스텐을 가는 선으로 만드는 데 성공하여 강한 텅스텐 필라멘트를 발명했습니다. 텅스텐 필라멘트는 탄소보다 온도를 높일 수 있었고, 자연광에 훨씬 더 가까운 빛과 긴 수명으로 지금도 쓰이고 있습니다. 1913년, 미국의 랭뮤어는 질소 가스를 넣어 증발을 억제시켜서 전구의 수명을 길게 만들었고 아르곤 가스로 효율을 더 높였습니다. 지금은 아르곤 85퍼센트에 질소 15퍼센트를 혼합 사용하고 있습니다. 필라멘트는 코일 모양으로 감아 열 효율을 높였고 주로 텅스텐이나 니켈을 사용합니다. 1879년 미국 뉴저지의 멘로 공원에서 에디슨의 전기조명회사는 전기로 빛을 내는 것에 성공하고 이후 제너럴 일렉트릭으로 확대됩니다. 에디슨은 전구가 고장 나도 다른 전구들이 불을 밝히도록 병렬 방식으로 전구를 연결했는데 지금도 이 방식이 많이 사용됩니다. 1880년 증기선 컬럼비아호에 115개의 램프가 설치되었는데 에디슨의 백열전구가 상업적으로 설치된 것은 이것이 처음이라고 합니다. 1881년에 뉴욕시의 공장에 에디슨의 백열전구가 설치되었고 그 후 2년 동안 150여 개의 장소에 추가로 설치되었습니다.
건달불로 시작된 우리나라의 전구
1887년 에디슨이 백열전구를 발명한 지 8년 만에 우리나라에 처음 100촉짜리 백열전구 2개가 들어와서 왕의 침소인 경복궁 건청궁에 설치되었습니다. 경복궁 건청궁의 백열전구와 발전 시설은 에디슨 전기조명회사가 만들었는데 동양최초의 시설이라 가장 성능좋은 장비로 설치했다고 합니다. 건청궁의 전등은 잘 꺼지고 비용이 많이 드는 게 건달을 닮았다고 해서 건달불(乾達火)이라고 했고, 건청궁 처마 밑을 벌겋게 달군다고 물불, 묘화(妙火), 괴화(怪火) 등 다양한 별명으로 불릴 만큼 많은 관심을 끌었습니다. 1898년 한성전기주식회사가 설립되면서 백열전구는 민간에 보급되었고 국내최초의 영업 전등은 1901년 경운궁(덕수궁)에 설치되었습니다. 과학 기술이 발달하면서 백열전구는 낮은 에너지 효율로 천덕꾸러기가 되었는데 투입 에너지 중 5%만 빛 에너지로 전환하고 95%는 열로 발산해 에너지 낭비의 주범으로 지목되어 왔습니다. 산업통상자원부는 2014년부터 국내에서 백열전구 생산과 수입을 중단한다고 밝혔는데 백열전구 퇴출은 세계적인 흐름으로 대부분의 OECD 국가에서 백열전구가 퇴출되고 있습니다.
에디슨이 발명한 백열전구는 쿨리지와 랭뮤어가 성능을 개선하여 밝고 오래 가는 전구로 발전했습니다. 백열전구는 전기를 이용해서 빛을 밝히는 시대를 열었고 낮은 에너지 효율로 사라지고 있지만 형광등, LED로 이어진 전구의 역사에 큰 이정표가 되었습니다.
