호광등

3. 탄소 아크 램프

'''탄소 아크 램프'''(호광등)는 전극으로 두 개의 탄소 막대를 사용하여 양극 사이에 아크를 발생시켜 빛을 내는 전등이다. 발광 원리는 탄소 막대 사이의 방전으로 가열된 탄소 막대 끝이 기화하고, 발생한 탄소 증기가 양극 사이의 아크에 의해 백열하여 강한 빛을 발하는 것이다.

램프에 불을 붙이려면 막대를 서로 접촉시켜 비교적 낮은 전압으로 아크를 발생시킨다.^[1] 그런 다음 막대를 천천히 떼면 전류가 가열되어 간극에 아크가 유지된다. 탄소 막대는 사용 중에 천천히 소모되므로, 아크를 유지하려면 막대 사이의 거리를 정기적으로 조정해야 한다.^[1]

거리를 자동으로 제어하기 위해 많은 독창적인 메커니즘이 발명되었으며, 대부분 솔레노이드를 기반으로 한다. 가장 단순한 기계식 조절 형태 중 하나(곧 더 부드럽게 작동하는 장치로 대체됨)에서 전극은 수직으로 장착된다. 아크를 공급하는 전류는 상단 전극에 부착된 직렬로 솔레노이드를 통과한다. 전극의 접점이 접촉되면(시작 시) 저항이 감소하고 전류가 증가하며 솔레노이드의 인장력이 증가하여 접점이 벌어진다. 아크가 실패하기 시작하면 전류가 감소하고 접점이 다시 닫힌다.

야블로치코프 캔들은 조절기가 없는 간단한 아크 램프이지만, 아크를 다시 시작할 수 없고(단일 사용) 몇 시간밖에 사용할 수 없는 단점이 있다.

탄소 아크 램프에서 방출되는 스펙트럼은 어떤 램프보다도 햇빛과 가장 가깝다. 하지만 덮개가 없는 램프는 햇빛에서는 발견되지 않는 다량의 적외선 및 유해 자외선을 생성하므로, 아크를 유리 구체에 가두어 이러한 광선을 차단해야 했다. 탄소 아크는 곧 더 안전하고, 더 효율적이며, 더 다재다능하고, 유지 보수가 더 쉬운 백열전구 및 가스 방전 램프에 의해 대체되었다. 하지만 재료, 페인트 및 코팅의 마모, 변색 또는 열화를 테스트하거나, 우주선 재료에 햇빛과 근접한 조명이 필요한 곳 등에서 여전히 사용된다.^[5]

3. 1. 역사

1880년대에는 세 가지 주요 발전이 있었다. 1880년 프란티셰크 크르지크는 전극의 자동 조절을 가능하게 하는 메커니즘을 발명했다. 아크는 작은 튜브에 갇혀 탄소 소모를 늦추어 (수명을 약 100시간으로 늘림) ''화염 아크 램프''가 도입되었으며, 탄소 막대에 금속 염(보통 마그네슘, 스트론튬, 바륨 또는 칼슘 불화물)을 첨가하여 광 출력을 높이고 다양한 색상을 생성했다.

미국에서 아크 조명 시스템과 개선된 다이너모에 대한 특허 보호는 어려웠고, 그 결과 아크 조명 산업은 경쟁이 치열해졌다. 브러시의 주요 경쟁자는 엘리후 톰슨과 에드윈 J. 휴스턴 팀이었는데, 이들은 1880년에 아메리칸 전기 회사를 설립했지만, 곧 찰스 A. 코핀에게 인수되어 매사추세츠주 린으로 이전되었고, 톰슨-휴스턴 전기 회사(Thomson-Houston Electric Company)로 개명되었다. 톰슨은 여전히 회사의 주요 발명가로 남아 조명 시스템 개선에 대한 특허를 받았다. 톰슨-휴스턴의 특허 변호사인 프레데릭 P. 피시의 지휘하에 회사는 새로운 특허권을 보호했다. 코핀의 경영진은 또한 회사를 경쟁사와의 공격적인 인수 및 합병 정책으로 이끌었다. 두 전략 모두 전기 조명 제조업 분야의 경쟁을 줄였다. 1890년까지 톰슨-휴스턴 회사는 미국에서 지배적인 전기 제조업체가 되었다.^[16]

세기 전환기에 아크 조명 시스템은 쇠퇴했지만, 톰슨-휴스턴은 도시 조명 시스템에 대한 핵심 특허를 관리했다. 이 통제는 토머스 에디슨의 에디슨 제너럴 일렉트릭 회사(Edison General Electric Company)가 개발한 백열등 시스템의 확장을 늦추었다. 반대로, 에디슨의 직류 배전 및 발전 기계 특허에 대한 통제는 톰슨-휴스턴의 추가 확장을 막았다. 1892년에 두 회사가 합병하여 제너럴 일렉트릭(General Electric Company)을 설립하면서 확장의 장애물이 제거되었다.^[16]

아크 램프는 초기 영화 스튜디오에서 실내 촬영을 밝히는 데 사용되었다. 한 가지 문제는 너무 높은 수준의 자외선을 생성하여 많은 배우들이 선글라스를 착용해야 했다는 것이다. 이 문제는 램프 앞에 일반 유리판을 추가하여 자외선을 차단함으로써 해결되었다. "토키"가 등장할 무렵에는 영화 스튜디오에서 아크 램프가 다른 유형의 조명으로 대체되었다.^[17] 1915년, 엘머 앰브로스 스페리는 고강도 탄소 아크 탐조등을 발명하여 제조하기 시작했다. 이들은 20세기 동안 모든 해군의 군함에서 신호 및 적을 조명하는 데 사용되었다.^[18] 1920년대에는 탄소 아크 램프가 자연광의 대체재로 가족 건강 제품으로 판매되었다.^[19]

아크 램프는 대부분의 역할에서 백열등 램프로 대체되었으며, 영화관 영화 프로젝터, 스포트라이트, 탐조등과 같은 특정 틈새 응용 분야에서만 남아있었다. 1950년대와 1960년대에는 실외 드라이브인 프로젝터의 탄소 아크 램프에 대한 고출력 직류(DC)가 일반적으로 모터-발전기 콤보 (직류 발전기를 구동하는 교류 모터)에 의해 공급되었다. 이러한 응용 분야에서도 기존의 탄소 아크 램프는 대부분 제논 아크 램프에 의해 구식이 되었지만, 적어도 1982년까지 스포트라이트로 제조되었으며^[20], 재료가 환경 노출에 의해 얼마나 빨리 열화될 가능성이 있는지 추정하기 위한 "가속 노화" 기계에서 햇빛을 시뮬레이션하는 목적으로 여전히 제조되고 있다.^[21][22]

일본에서는 1878년 3월 25일, 공부대학교 교사였던 영국인 에어턴이 전신 중앙국 개업 축하연 장소인 공부대학교 홀에서 글로브 전지를 사용하여 아크 등을 점등했다.^[26] 1882년에는 도쿄 전등 회사 설립 사무소가 개업을 앞두고 긴자오쿠라조 앞에서 2000촉광의 아크 등을 점등하여 시민들이 놀라며 밤새 몰려들었다.^[27] 1883년 4월에는 해군성 소관의 요코스카 조병창에서 브러시 발전기에 의해 아크 등을 점등하여 작업에 이용했다.^[29] 1884년 오사카 도톤보리 나카자에서 무대 조명용 아크 등 6기를 점등하여 화제가 되었다.^[30] 1886년 9월 20일에는 오사카 방적이 야간 작업 조명에 램프가 아닌 아크 등을 이용했고, 이것이 민간의 전등 사용의 시작이다.^[31]

3. 2. 대한민국

4. 방전등

넓은 의미의 방전등은 방전 발광을 이용한 전등을 총칭하지만, 일반적으로 아크 등은 방전등과 구별되기도 한다. 아크 등은 방전등과 마찬가지로 음극 강하, 역률 저하, 안정 저항의 필요성 등의 성질을 갖는다.^[4]

아크는 가스가 이온화될 때 발생하는 방전 현상이다. 램프에 고전압 펄스를 가하여 아크를 "점화"하거나 "발광"시키고, 그 후에는 더 낮은 전압으로 방전을 유지할 수 있다. 이 "발광"에는 ''점화기''와 안정기(Electrical ballast)가 있는 전기 회로가 필요하다. 안정기는 램프와 직렬로 연결되어 램프 작동에 필요한 전류를 제한하는 기능을 수행한다. 램프, 안정기 및 점화기는 서로 정격에 맞춰져 있으므로, 고장난 부품은 동일한 정격으로 교체해야 램프가 정상 작동한다.

램프에서 방출되는 빛의 색상은 온도와 시간에 따라 전기적 특성이 변함에 따라 달라진다. 번개는 대기 중과 폭풍 구름 사이의 높은 전위차(전압)에 의해 대기가 이온화되는 유사한 원리이다.

아크 램프의 아크 온도는 수천 도 섭씨에 도달할 수 있다. 외부 유리 덮개는 500도 섭씨에 도달할 수 있으므로, 서비스를 수행하기 전에 전구가 충분히 냉각되었는지 확인해야 한다. 이러한 유형의 램프는 끄거나 전원 공급이 끊어지면 몇 분 동안 램프를 다시 점화할 수 없는 경우가 있는데, 이를 콜드 재점화 램프라고 한다. 그러나 일부 램프(주로 형광등/에너지 절약형 램프)는 끄자마자 재점화할 수 있으며, 이를 핫 재점화 램프라고 한다.

4. 1. 고압 방전등

4. 1. 1. 수은등

4. 1. 2. 메탈 할라이드 램프

4. 1. 3. 고압 나트륨 등

4. 2. 저압 방전등

4. 2. 1. 형광등

4. 2. 2. 저압 나트륨 등

참조

_[1] 웹사이트 Arc Lamps http://www.edisontec[...] Edison Tech Center 2013
_[2] 서적 Victorian Technology: Invention, Innovation, and the Rise of the Machine https://books.google[...] ABC-CLIO 2009
_[3] 서적 Industrial Power Distribution and Illuminating Systems Dekker
_[4] 서적 The New Innovators: How Canadians Are Shaping the Knowledge-Based Economy https://archive.org/[...] James Lorimer & Company Ltd.
_[5] 간행물 Publications of the Goddard Space Center, 1959-1962, Volume 2 National Aeronautics and Space Administration 1967
_[6] 간행물 Clinical Medicine and Surgery Volume 35 American Journal of Clinical Medicine 1928
_[7] 서적 Electrical Engineering for Electric Light Artisans Longmans, Green and Co
_[8] 서적 Encyclopedia of world scientists Facts on File
_[9] 학술지 The life and material culture of Hertha Ayrton http://journal.scien[...] Science Museum, London 2018
_[10] 학술지 The Hissing of the Electric Arc 1899-06
_[11] 뉴스 Critic's Choice The Independent 2011-10-06
_[12] 웹사이트 Cleveland+ Public Art http://www.positivel[...] Positively Cleveland
_[13] 웹사이트 Roadside America https://www.roadside[...]
_[14] 웹사이트 Brush Lights, Cleveland http://www.positivel[...] 2008-05-17
_[15] 학술지 The Brush Electric Light http://www.machine-h[...] 1881-04-02
_[16] 서적 America By Design: Science, Technology, and the Rise of Corporate Capitalism Oxford University Press 1977
_[17] 서적 Motion Picture Photography: A History 1891-1960 McFarland and Company 2007
_[18] 서적 The Oxford Companion to Ships and the Sea Oxford University Press 2006
_[19] 웹사이트 Eveready Carbon Arc Sunshine Lamp Advertisements http://einhornpress.[...] The Einhorn Press
_[20] 웹사이트 Archived copy http://www.film-tech[...]
_[21] 웹사이트 Arc Lamps - How They Work & History http://www.edisontec[...]
_[22] 웹사이트 Index of /suga http://www.sca-shiny[...]
_[23] 웹사이트 平成16年度特許出願技術動向調査報告書 放電灯点灯回路（要約版） https://www.jpo.go.j[...] 特許庁 2021-10-09
_[24] 웹사이트 博覧会 近代技術の展示場 電灯 https://www.ndl.go.j[...] 国立国会図書館 2021-10-09
_[25] 서적 「はかる」世界 玉川大学出版部 2000
_[26] 문서 旧工部大学校史料
_[27] 뉴스 東京日日新聞 1882-11-01
_[28] 웹사이트 東京銀座通電気燈建設之図 https://www.maspro.c[...]
_[29] 문서 電気学会五十年史
_[30] 뉴스 大阪朝日新聞 1884-05-09
_[31] 문서 東洋紡績七十年史