백열등(白熱燈) 또는 백열전구(白熱電球)는 전기적 에너지를 이용하여 필라멘트를 높은 온도로 가열함으로써 빛을 내는 조명 장치이다. 이는 흑체복사 원리에 기반하며, 전류가 저항체인 필라멘트를 통과할 때 발생하는 열에 의해 필라멘트가 백열(白熱) 상태에 도달하여 빛을 방출한다.
역사
백열등의 개념은 19세기 초반부터 여러 과학자들에 의해 연구되었다. 1802년 험프리 데이비(Humphry Davy)가 백금 필라멘트를 이용한 전구를 시연하였고, 이후 여러 발명가들이 다양한 재료로 백열등을 시도하였으나 수명이 짧아 상용화에 실패하였다. 1879년, 토머스 에디슨(Thomas Edison)은 탄소 필라멘트를 사용하여 약 40시간의 수명을 가진 백열전구를 발명하고 상용화에 성공하였다. 이는 가스등에 의존하던 당시의 조명 방식을 근본적으로 변화시킨 계기가 되었다. 이후 20세기 초반, 쿨리지(William D. Coolidge)가 텅스텐 필라멘트의 인선(引線) 가공법을 개발하면서 필라멘트 재료가 탄소에서 텅스텐으로 대체되었고, 1910년대에는 불활성 가스 봉입 기술과 코일형 필라멘트가 도입되어 효율과 수명이 크게 향상되었다.
구조와 원리
백열등은 유리구(유리로 된 외부 용기) 내부에 텅스텐 필라멘트를 봉입한 구조이다. 내부는 진공 상태로 만들거나 질소나 아르곤과 같은 불활성 가스를 충전한다. 필라멘트에 전류를 흘리면 전기 저항에 의해 열이 발생하고, 필라멘트 온도가 약 1,700℃에서 최고 3,000℃까지 상승하면서 빛을 방출한다. 소비 전력 중 약 10%만이 가시광선으로 전환되고 나머지는 대부분 열로 손실되어 에너지 효율이 낮은 편이다.
필라멘트는 20W 이하의 제품에는 단코일, 그 이상의 제품에는 이중 코일 구조가 사용된다. 이중 코일 구조는 봉입 가스의 대류로 인한 열 손실을 줄여 효율을 높인다. 불활성 가스를 봉입하는 이유는 고온에서 텅스텐이 증발하여 유리구 내면이 까맣게 되는 흑화(黑化) 현상을 방지하기 위해서이다.
종류
유리구의 형태와 용도에 따라 다양한 종류가 있다. 청색 유리를 사용한 주광색(晝光色) 전구, 내열성 색소를 칠한 색전구(色電球), 순백색의 산광성 도료를 칠한 전광전구(全光電球), 유리구 내면을 반사갓형으로 도금한 리플렉터 램프 등이 있다. 회중전등에 사용되는 꼬마전구도 기본 구조는 동일하다.
수명과 특성
일반적인 백열전구의 수명은 약 1,000~1,200시간으로, 최초 밝기의 80%에 도달하는 시점까지를 기준으로 한다. 작동 중에는 고온이 되므로 만질 경우 화상의 위험이 있으며, 물이 닿으면 유리구가 파손될 가능성이 있다. 전원을 꺼도 일정 기간 열이 잔류하므로 주의가 필요하다.
퇴출과 규제
백열등은 전력의 약 10%만을 빛으로 전환하는 낮은 에너지 효율로 인해 형광등, LED 등 대체 조명 기기에 비해 에너지 낭비가 심하다. 이에 따라 여러 국가에서 백열등 사용을 줄이기 위한 법안과 조례가 제정되었다. 대한민국에서는 2014년 1월부터 150W 이하의 백열전구 생산 및 수입이 전면 금지되었다.
