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필라멘트
필라멘트(Filament)는 가는 실처럼 된 것들을 지칭하는 영단어이다. 필름(Film)과 어원을 공유한다.
섬유 또는 실[편집]
섬유의 형상 중 가늘고 길게 연속된 것을 가리킨다. 생사의 섬유나 절단하지 않고 방사한 모양의 인조 섬유 등이 이에 속한다.
백열등의 내부에 들어가는 저항[편집]
필라멘트는 전구의 내부에서 전류를 흘렸을 때 빛과 전자를 방출하는 구조물을 말한다. 아주 얇고 긴 도선을 말아 넣어 제한된 거리에 두는 구조가 많이 사용된다.
전구에 사용하는 최초의 필라멘트는 탄소로 만들었다. 이 탄소는 주로 대나무나 탄화된 종이에서 추출하였다. 초기의 탄소 필라멘트는 저항의 온도계수가 음수였다. 즉, 뜨거워지면 전기 저항이 감소한다. 이 현상은 전구가 전원에 대해 아주 민감하도록 하였다. 공급 전압이 약간 증가하면 필라멘트가 뜨거워지면서 전기 저항은 감소하고, 이 결과 더 많은 에너지가 공급되어 더 뜨거워지고 하는 악순환을 일으켜 필라멘트가 곧 타 버리게 된다.
탄소 필라멘트를 높은 온도의 오븐에서 미리 가열하면 탄화수소 증기가 날라 가고, 필라멘트에 남아 있는 탄소는 흑연으로 변화하여 필라멘트의 강도를 높이고 매끄럽게 한다. 또한 탄소 배치를 균일하게 하여 필라멘트의 효율을 높이고 수명을 길게한다. 이렇게 흑연화된 탄소의 경우 금속 재료와 마찬가지로 저항온도계수가 양수가 되어 안정된 구조를 갖는다.
1902년 지멘스 회사는 탄탈룸으로 전구 필라멘트를 만들었다. 이것은 흑연화된 탄소 필라멘트보다 효율이 좋았고 더 높은 온도에서도 작동하였다. 탄탈룸은 탄소보다 비저항값이 작아 아주 길어야 했고 내부에 구조를 받혀주는 받침대가 여러개 필요하였다. 금속 필라멘트는 사용하면서 길이가 줄어드는 성질을 갖고 있기 때문에 용수철과 같은 모양으로 코일의 형태로 감아 넣은 형태로 발전되었다. GE(General Electric) 회사는 권리를 사들여 1913년까지 미국에서 탄탈룸 필라멘트를 생산하였다.
- 텅스텐 필라멘트
1906년 텅스텐 필라멘트가 소개되었다. 처음에 텅스텐은 가늘고 긴 도선을 만들 수 있는 형태로 공급되지 않았다. 가루로부터 소결된 형태의 텅스텐으로 제작된 필라멘트는 아주 쉽게 부서졌다. 1910년 GE에 근무하는 쿨릿지(W. Coolidge)는 연성을 가진 텅스텐을 생산하는 과정를 개발하였다. 이 생산과정은 텅스텐 가루를 눌러서 막대로 만들고 여러 단계의 소결 과정과 스웨이징(swaging) 과정을 거쳐 도선을 추출하였다. 이 과정 중 미량의 칼륨, 규소, 산화알루미늄을 첨가하면 텅스텐 필라멘트의 수명이 늘어나는 것을 알게 되었다.
- 중복코일 필라멘트
전구의 효율을 증대시키기 위해 중복 코일을 사용한다. 60W 백열전등의 경우 0.05mm의 직경과 56cm의 길이를 가진 가는 텅스텐 도선를 중복 코일화 하여 1cm 정도의 길이로 만든다. 중복 코일의 장점은 기화량이 작다는데 있다. 똑바른 모양의 도선에 비해 그 기화하는 속도가 현저하게 작다. 이는 전구의 효율과 수명에 직결된다.
진공관 부품[편집]
진공관은 크게 몸통을 구성하는 유리관과 캐소드(필라멘트(히터), 캐소드), 플레이트(큰 판형의 부품), 그리드로 구성된다.
- 유리관 - 진공관의 몸통을 이루는 부분으로 유리관이 주로 사용되며 군용이나 특수용도로 철을 유리로 밀봉한 철관이 사용되는 경우도 있다.
- 캐소드 - 여기서 히터는 전구의 그 필라멘트이다. 전기가 통하면서 캐소드가 가열되어 열과 전자를 방출하는 역할을 한다. 필라멘트가 캐소드의 역할을 하는 직열식과 별도의 히터가 있어 캐소드를 가열하여 동작하는 방열식으로 구분된다.
- 플레이트(어노드) - 큰 판 모양의 부품으로 진공관을 전구와 구분짓는 가장 큰 차이이다. 필라멘트에서 방출한 전자가 이동하는 부분이다. 회사에 따라 모양이 다른 경우가 있고 특수한 관의 경우 금속판이나 금속망으로 싸여 있는 경우도 있다.
- 그리드 - 두 철사 사이에 전극을 망이나 그물 모양으로 감아놓은 형태의 부품으로 필라멘트와 플레이트 사이에 삽입되어 전자의 흐름을 제어하는 역할을 하는 부분이다. 4극관의 스크린(g2), 빔관과 5극관의 서프레서(g3) 등도 그리드의 일종이다.
3D 프린터에 들어가는 플라스틱 줄[편집]
대개 ABS, PLA 재질이 많이 사용된다. ABS는 내열성이 높지만 수축때문에 뽑는데 난이도가 조금 필요하지만, PLA는 출력이 쉽기 때문에 각자 일장단은 있다. PETG도 자주 사용되는 편이긴 하지만, 조금 어중간한 포지션에 있다. 그 외에도 우레탄이나 폴리카보네이트 등의 재질이 존재한다.
여분의 프린터 파츠를 가공해 페트병을 녹여 스스로 만드는 방법도 있다. 2021년부터 이에 관련된 컨텐츠가 잠깐 유행한 덕분에 관련 데이터나 필라멘트 제조 키트 DIY법도 쉽게 찾아볼 수 있다. 다만 페트병을 태우는 것이나 다름 없어서 유해 물질이 발생해서 환풍기를 달아놓던지, 야외작업의 환경이 요구되고, 최대한 균일하게 뽑기 위해서 들이는 노력에도 균일화가 힘들다는 점, 페트병 하나를 뽑아도 20g 정도라 가성비가 영 좋지 않다. 특성을 활용하고 싶어도 PETG보다 조금 좋은 수준이라서 큰 메리트가 없기도 하여, 결국 재활용 이상의 가치를 가지지 못한다.
은하 필라멘트[편집]
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은하 필라멘트는 우주에서 밝혀진 구조 중에서 가장 거대한 구조이다. 이것들은 평균 길이가 50~80 Mpc/h (1억 6,300만~2억 6,100만 광년)으로 매우 무겁고, 실과 같은 형태를 하고 있으며, 우주의 거시공동 사이의 경계선이다. 필라멘트는 중력적으로 속박된 은하들로 구성되어 있는데, 많은 수의 은하들이 서로 매우 가까이(우주적 관점에서)에 있는 부분을 초은하단이라고 부른다. 또 은하 필라멘트는 복합 초은하단, 장성, "거대 인력체"라고 불리기도 한다.
우주의 진화에 관한 표준 모형에서, 은하 필라멘트는 암흑물질의 그물과 유사한 실 구조를 따라 형성된다. 우주에서 가장 큰 규모의 구조도 암흑물질의 지배를 받는 것으로 여겨지고 있다. 암흑물질은 중력적으로 바리온 물질을 끌어당기는데, 천문학자들이 보는 길고 얇은 초은하단 장벽은 바로 이 "보통"(normal) 물질이다.
초은하단보다 큰 구조의 발견은 1980년대부터 시작되었다. 1987년, 하와이 대학교 천문학 연구소의 천문학자 R. 브렌트 툴리는 그가 물고기자리-고래자리 복합 초은하단이라 부르는 구조를 발견했다. 1989년에는 CfA2 장성이, 뒤이어 2003년에는 슬론 장성이 발견되었다. 2013년 1월 11일, 센트럴 랭크셔 대학교의 로저 클로즈가 주도하는 연구팀은, 이전에 발견된 은하 필라멘트들을 왜소하게 만드는 크기의 초거대퀘이사군이라고 불리는 거대퀘이사군의 발견을 발표했다.[7] 2013년 11월 7일, 천문학자들은 참조 지점으로 감마선 폭발을 이용하여, 길이가 100억 광년보다 더 크게 측정된, 극단적으로 거대한 필라멘트인 헤라클레스자리-북쪽왕관자리 장성을 발견했다.
2006년, 과학자들은 인류가 발견한 가장 거대한 구조 중 하나로, 라이먼-알파 거품으로 알려진 거대한 가스 거품과 은하가 밀집하여 구성된 세 개의 필라멘트의 연달은 발견을 발표했다.
태양 필라멘트[편집]
태양표면에서 서로 다른 극성을 띤 자력선 사이의 극성이 바뀌는 지역(inversion)에서 물질이 위로 올라와 코로나대기에 떠 있는 현상을 말한다. Hα선으로 보면 검은 띠모양으로 보이는 것을 말한다. 필라멘트의 크기나 수명은 자기장의 강도와 자기력선이 반전되는 규모에 따라 다르며 가장자리에서는 광구 바깥쪽 코로나에서 불꽃모양으로 보이기 때문에 홍염이라고 한다. 필라멘트는 수명이 짧은 것은 몇 시간에서 1주일까지 크기와 특성에 따라 다양하다.
참고자료[편집]
- 〈필라멘트〉, 《나무위키》
- 〈필라멘트〉, 《물리학백과》
- 〈필라멘트〉, 《패션전문자료사전》
- 〈필라멘트〉, 《천문학백과》
- 〈필라멘트〉, 《지구과학사전》
- 〈진공관〉, 《나무위키》
- 〈은하 필라멘트〉, 《위키백과》
같이 보기[편집]
