> 김튼튼님께서 말씀하시길....
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> 우리가 일상생활에서 형광등을 많이 보는데요. 이번에 현대물리를 배우면서 궁금하게 되었습니다. 아직 양자는 잘 모르는데...
> 설명 부탁드려요~
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양자에 대한 개념이 있어야 완전한 이해가 가능합니다. 본 사이트의 "물질파 2p"의 마지막 부분에 있는 그림처럼 원자나 분자가 이렇게 띄엄띄엄한 값의 에너지만을 가질 수 있고, 또한 그 에너지를 넘나들때에 차이에 의한 빛이 흡수되거나 방출된다는 양자 원리가 형광등의 작동에 관여되어 있습니다.
형광등은 관속에 저압의 수은증기를 넣고 (아르곤이나 네온 등 불활성기체를 조금 넣고) 양쪽에 있는 전극을 통하여 수백볼트이 비교적 저압으로 방전합니다.
전위차에 의해 수은이 이온하되고 분리된 전자가 전기장에 의해 크게 가속되어 큰 에너지를 얻고 이것이 다른 수은을 충돌시켜 이를 여기시키고... 이런 과정을 통하여 여기된 수은이 바닥상태로 떨어지는서 빛을 내게 됩니다. 이처럼 방전은 기체를 사이에 둔 전극에 전압을 걸었을때 기체를 통하여 전류가 흐르고 그 기체로부터 빛이 나오는 현상을 말합니다. 번개가 그 예이고 이러한 상태에 이른 기체를 플라즈마라고 합니다.
어쨌던 수은의 방전에 의해 빛이 나오는데 이는 약 254nm의 우리눈에 보이지 않는 자외선입니다. 이를 그대로 자외선 살균기에 이용하기도 하죠. 그러나 이 자외선을 우리 눈에 보이는 빛을 바꾸어주는 것이 형광물체로서 형광등 주변에 흰색으로 칠해져 있는 것입니다. 이 형광물질이 자외선을 가시광선으로 바꾸어 주는데도 양자이론이 역할을 하게 됩니다. 형광물질로는 주로 인이 사용되는데 이는 254nm 의 자외선을 잘 흡수할 수 있을 뿐만아니라 이를 받아서 주로 가시광선에서 강하고 몇개의 피크를 가지고 있는 빛을 방출하게 됩니다.
한편 형광등이 에너지 효율이 백열등에 비하여 높다는 것은 다음과 같은 점 때문입니다.
(1) 백열등의 발열장치의 흑체복사 효율이 떨어지는데다가(복사율이 1이 안되고 더구나 주변에 대류에 의해 열을 소모하는 점 등) 또한 방출되는 빛이 가시광선을 중심으로 하긴 하지만 비교적 자외선과 특히 적외선 영역으로 넓게 퍼져 있어 우리 눈에 아무런 도움이 되지 못하는 빛으로도 소모해 버리기 때문입니다.
(2) 반면에 형광등은 자외선의 빛을 가시광선으로 방출하는 "양자효율"이 50% 정도로서 높기 때문입니다.
평범한 형광등 하나에도 양자나 방전, 자외선, 가시광선, 형광 ... 이러한 물리적인 현상이 들어 있습니다. 뿐만아니라 안정기, 스타터 램프 등 그것의 회로를 구성하는 전기적인 부분도 만만치 않는 물리적인 설명이 필요로 하다는 것을 느낍니다. 우선 간단히 답변 드립니다. 아울러 본 "물리의 이해"에 "생활물리"라는 단원을 추가하여 이런 생활 주변에서의 물리현상을 다룰 수 있기를 기대해 봅니다.
정기수 |
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님이
남겨주셨습니다.
[Re]형광등의 원리를 양자역학적으로 알고싶어요.