형광등

Fluorescent lamp

형광등 속 수은은 눈에 안 보이는 빛을 주로 내는데, 어떻게 방을 하얗게 밝힐까요?

무슨 일이 일어났나

형광등은 관 속 수은 원자를 달리는 전자로 들뜨게 해 자외선을 내게 하고, 관 안쪽에 바른 형광 물질이 그 자외선을 받아 보이는 빛으로 바꾸는 등입니다.

MagLab 에 따르면 관 속에는 기체(보통 아르곤)와 수은 증기가 있고, 전극 사이를 달리는 전자가 수은 원자를 들뜨게 하며, 들뜬 원자가 돌아오며 자외선 빛 알갱이를 냅니다.

NIST 가 잰 수은의 센 줄 가운데 253.65 nm(공기 속)와 184.95 nm(진공 속) 줄은 눈에 안 보이는 자외선이고, 시뮬레이터의 수은 줄 표에서도 가장 센 줄은 254 nm 자외선입니다.

수은이 내는 보이는 빛은 436 nm 파랑 · 546 nm 초록 같은 몇 가닥 줄뿐이고, MagLab 에 따르면 관 안쪽의 형광 물질이 자외선을 받아 보이는 빛을 더 내 줍니다.

MagLab 에 따르면 피터 쿠퍼 휴잇이 수은 증기를 넣어 오늘날 꼴에 가깝게 만들었고, GE 는 조지 인먼이 이끈 연구로 1934 년 설계를 마친 뒤 1938 년에는 형광등을 쓸 만한 대안으로 만들었습니다.

💡 생활 속 예시

  • 교실 형광등을 분광 안경으로 보면 이어진 색 띠 위에 수은의 밝은 초록 · 파랑 줄이 도드라져 보입니다.
  • 아파트 분리수거장에서 다 쓴 형광등을 따로 정한 수거함에 모으는 것은, 관 속에 수은이 들어 있기 때문입니다.

어떤 부품이 무엇을 하나

  • 유리관 — 속을 기체와 수은 증기로 채우고, 안쪽에 형광 물질을 바른 관입니다.
  • 양 끝 전극 — 전자를 내보내고 받아, 관 속에 전자의 흐름을 만듭니다.
  • 아르곤 기체와 수은 증기 — 달리는 전자에 부딪혀 수은 원자가 들뜨고 자외선을 내는 무대입니다.
  • 형광 물질 (안쪽 칠) — 수은이 낸 자외선을 받아 보이는 빛을 냅니다.
  • 안정기 — 관에 흐르는 전류가 지나치게 커지지 않게 막아 줍니다.
  1. 스위치를 켜면 양 끝 전극 사이에 전압이 걸려 전자가 관 속을 달립니다.
  2. 달리는 전자가 수은 원자에 부딪혀 원자 속 전자를 위 계단으로 들뜨게 합니다 — 프랑크–헤르츠 실험에서 본 바로 그 계단입니다.
  3. 들뜬 수은 원자가 아래 계단으로 내려오며 253.65 nm 같은 자외선 빛 알갱이를 냅니다.
  4. 관 안쪽 형광 물질이 자외선을 흡수하고, 에너지가 조금 작은 보이는 빛을 다시 냅니다.
  5. 형광 물질이 낸 빛과 수은의 파랑 · 초록 줄이 섞여 방을 밝힙니다.

확인된 값

GE 형광등 설계가 끝난 해
1934 출처
GE 가 형광등을 쓸 만한 대안으로 만든 해
1938 출처
개발을 이끈 사람 (조지 인먼)
George Inman 출처
관 속: 기체(보통 아르곤)와 수은 증기
argon + mercury vapor 출처
전극 사이를 달리는 전자가 수은 원자를 들뜨게 한다
electrons excite Hg 출처
들뜬 수은 원자가 돌아오며 자외선 광자를 낸다
UV photons 출처
관 안쪽 형광 물질이 자외선을 받아 보이는 빛을 낸다
phosphor 출처
수은의 센 자외선 선 (공기 중 2536.517 Å)
2.536517e-7 m 출처
수은의 더 짧은 자외선 선 (진공 중 1849.499 Å)
1.849499e-7 m 출처
수은 증기를 넣어 오늘날 꼴에 가깝게 한 사람 (피터 쿠퍼 휴잇)
Peter Cooper Hewitt 출처
수은의 센 파랑 선 (공기 중 4358.328 Å, 세기 1000)
4.358328e-7 m 출처
수은의 초록 선 (공기 중 5460.735 Å, 세기 500)
5.460735e-7 m 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 물리학 · 빛과 물질 [12물리03-04]
  • 잉글랜드 · KS4 Physics: Atomic structure

출처

이어서 보기

같은 단원 · 원자와 양자 역학

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