할로겐전구

할로겐전구란

할로겐전구는 텅스텐 필라멘트를 할로겐 원소와 불활성 가스가 든 석영구에 봉입한 백열전구다.

증발한 텅스텐을 되돌려 흑화 문제를 개선한 광원이다.

핵심 키워드는 할로겐 사이클, 흑화 방지, 재증착, 석영 발광관이다.

백열전구의 흑화 문제

백열전구는 필라멘트에서 증발한 텅스텐이 유리 안쪽에 쌓인다.

이 때문에 유리가 검게 변하는 흑화가 생기고 광속이 떨어진다.

필라멘트는 가늘어져 결국 끊어진다. 수명이 짧아지는 한계다.

온도를 높이면 효율은 좋아지지만 증발이 빨라져 수명이 줄어든다.

할로겐 사이클

할로겐 사이클은 증발한 텅스텐을 필라멘트로 되돌리는 순환 반응이다.

증발한 텅스텐은 할로겐과 결합해 할로겐화텅스텐이 된다.

할로겐화텅스텐은 벽에 붙지 않고 떠돌다가 고온부에서 다시 분해된다.

분해된 텅스텐은 필라멘트에 재증착되고, 할로겐은 다시 쓰인다.

벽 온도가 충분해야 순환이 성립하며, 반응 방향은 온도 구배에 따라 정해진다.

구조와 구성요소

할로겐전구는 텅스텐 필라멘트, 봉입 가스, 할로겐 원소, 석영 외관구로 이루어진다.

필라멘트는 전류로 가열되어 빛을 내고, 봉입 가스는 증발과 산화를 억제한다.

할로겐 원소는 요오드 또는 브로민 소량이며, 텅스텐을 되돌리는 순환을 맡는다.

석영 외관구는 고온을 견디며 내부 구를 보호하고, 내부 구는 작게 만든다.

백열전구와 비교

백열전구와 비교하면 할로겐전구의 차이는 할로겐 사이클에서 나온다.

흑화가 억제되어 밝기가 유지되고, 필라멘트 온도가 높아 효율과 색온도가 오른다.

외피 온도도 높아지므로 석영 외피를 쓰는 것이 기본 구조다.

직접 풀어 보자.

정답은 증발한 텅스텐이 필라멘트에 되돌아가 흑화가 막히기 때문이다.

용도와 한계

할로겐전구는 소형이면서 밝고 빛의 방향을 좁게 모을 수 있어 광학 기구에 적합하다.

자동차 전조등, 투광 조명, 적외선 분광 광원 등에 쓰인다.

전조등에는 차광판을 달아 대향 차량 쪽 빛을 줄이고 눈부심을 낮춘다.

반면 발열과 화상 위험이 크고 효율이 LED보다 낮아 LED로 대체되는 추세다.

핵심 정리

할로겐전구의 원리, 목적, 특성, 용도를 한눈에 정리한다.

흑화 방지의 핵심은 할로겐 사이클이며, 이것이 핵심 채점 포인트다.