백열등과 LED의 빛을 내는 발광 원리를 비교하여 설명하고 에너지 전환 효율의 측면은 어떻게 되나요?

Question

과거에 주로 쓰던 백열등은 만지면 매우 뜨겁고 전력 소모가 많았지만, 최근 주로 사용하는 LED 전구는 열이 적게 나고 전기 요금도 절약됩니다. 백열등과 LED의 빛을 내는 발광 원리를 비교하여 설명하고 에너지 전환 효율의 측면은 어떻게 되나요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

백열등은 전기에너지를 먼저 열에너지로 바꾼 뒤, 그 열을 이용해 빛을 내는 열복사 방식으로 전기 저항이 높은 텅스텐 재질의 필라멘트가 열을 많이 내기 때문에 지금은 거의 사용하고 있지 않죠.

반면 LED(발광 다이오드)는 뜨거운 열을 거치는 과정 없이 전기에너지를 빛에너지로 직접 변환하는 방식입니다. 칩 내부의 N형 반도체와 P형 반도체에서 전자와 양공과 결합할 때 생기는 에너지의 차이가 곧바로 빛의 형태로 방출되는 원리입니다. 두 전등에 대해서 에너지 효율에 대해서도 설명 드릴게요.

두 전등의 발광 원리의 차이는 에너지 전환 효율에서도 큰 차이가 있습니다. 백열등은 공급된 에너지의 약 95%를 뜨거운 열로 낭비되기 때문에 고작 5%만 빛으로 바꾸어 전력 소모가 크고 만지면 화상을 입을 만큼 뜨겁습니다. 하지만 LED는 불필요한 발열 과정이 거의 없어 전기에너지의 40~50% 이상을 빛으로 전환됩니다. 덕분에 열 손실이 적어 전구 표면이 뜨겁지 않으며, 동일한 밝기를 내면서도 전기 요금을 획기적으로 절약할 수 있습니다.

두 전등의 수명에서도 차이가 큽니다. 백열등은 필라멘트가 열에 의해 자주 끊어지기 때문에 수명이 짧고, LED는 열이 발생하지 않고 필라멘트도 없어 수명이 상당히 긴 편입니다.