자기평가

자기평가의 Likert 척도 점수를 10점 만점으로 환산하여 반영합니다.

■ 보상

교사와 학생들의 평가 점수를 합산하여 상위 팀 또는 개인에게 상장 및 상품 또는 토큰을 제 공합니다.

■ 전자기유도

전자기 유도 현상이란 도체의 주변에서 자기장을 변화시켰을 때 전압이 유도되어 전류가 흐르는 현상을 말합니다. 외르스테드에 의해 전류가 자기 장을 형성한다는 사실이 알려지면서 자연스럽게 자기장을 이용해 전류를 만들 수 있지 않을까 하는 의문이 생겨나게 됐고, 이후 각각 전선 코일 속 에 자석을 넣었다 뺐다 하는 단순한 운동으로 전선 속에 전류가 흐른다는 사실이 패러데이와 헨리에 의해 발견되었습니다. 이때 코일에 대한 자석의 상대적인 운동에 의해 자기장의 변화가 생기게 되

고, 바로 이 변화에 의해 기전력이 만들게 되는 것입니다. 기전력은 자석이 도체 주위를 움직이거 나 도체가 자석 주위를 움직이는 두 가지 경우 모 두에 의해 유도되는데, 이를 통해 도선에 유도전 류가 흐르게 되는 것입니다.

도선에 흐르는 전류의 크기는 코일에 감긴 전선 의 수와 코일을 통과하는 자기장의 시간당 변화율 에 비례합니다. 이처럼 전자기유도에 의해 회로 내에 유발되는 기전력의 크기는 회로를 관통하는 자기력선속의 시간적 변화율에 비례하며, 이는 이

사실을 처음 발견한 패러데이의 이름을 따 ‘패러데이의 법칙’이라고 부릅 니다.

■ 전자기유도 - 패러데이

패러데이(Michael Faraday, 1791-1867)는 발전기, 전동 모터, 변압기의 원리가 되는 전자기유도법칙을 발견하여 전자기시대를 여는데 결정적인 역할을 한 인물입니다. 그는 런던의 일부가 된 뉴잉턴 부근 농촌 마을에서 가난하지만 신앙심이 강했던 대장장이의 아들로 태어났습니다. 집안이 가 난해서 학비를 댈 수 없었던 패러데이는 열세 살 때 학업을 포기하고 서 적 판매원, 제본공 일을 하면서 생활비를 벌었습니다. 그러나 그는 일을

교사용 참고자료

많았습니다. 새롭게 발전하기 시작하던 과학은 많은 사람들의 관심을 끌고 있었는데, 당시 가장 인기 있는 과학 강연은 화학실험과 전기실험이었습니 다. 강사들은 강의를 하는 도중 직접 실험을 통해 보여주기도 했습니다.

이러한 대중 강연은 패러데이에게 과학에 대한 기초적 지식을 제공해주었 고, 그는 이를 토대로 스스로 실험을 해보기도 했습니다.

그러던 중 열아홉 살이던 1812년에 당시 영국에서 가장 유명한 화학자였 던 데이비(Humphry Davy, 1778-1829)가 왕립연구소에서 행한 강연을 들 을 기회가 생겼습니다. 강연 후 패러데이는 데이비에게 자신을 조수로 채 용해 달라는 편지와 함께 자신이 해 온 실험노트를 정리해 보냈습니다. 실 험노트에는 마찰을 이용하여 전기를 발생시키는 발전기를 만들었던 일, 그 것으로 간단한 전기 실험을 했던 내용, 그리고 약한 볼타전지를 만들었던 내용 등 그간 그의 노력이 고스란히 들어 있었다. 이로 인해 그는 데이비 의 실험조수가 될 수 있었고, 이때부터 패러데이는 1861년 사임할 때까지 평생 동안 왕립연구소에서 일을 했습니다.

■ 전자기유도 - 자석을 이용해 전류 만들기

데이비의 조수가 된 패러데이는 데이비의 화학 실험을 보조하면서 염화 질소, 특수강, 염소의 액화, 벤젠의 발견 등과 관계된 화학 연구를 진행했 습니다. 그리고 왕립 연구소의 주임이 된 1824년부터는 전자기학 분야에

관심을 가지고 외르스테드의 실험을 스스로 확인하기 시작했습니다. 이를 시작으로 패러데 이는 전류의 자기작용의 반대 현상, 다시 말해 자기력을 이용하여 전류를 발생시키는 연구를 시작했고, 많은 시행착오를 거친 끝에 두 개의 자석을 가까이 놓고 한쪽 회로의 스위치를 열 거나 닫으면 두 번째 회로에 잠깐 전류가 발 생한다는 것을 발견했습니다.

패러데이는 1825년에서 1828년 사이에 이미 전자기 유도를 확인하는 초보적인 실험을 했 었지만 당시에는 측정 장치의 한계로 전자기 유도 현상을 확인하는 데는 실패했었습니다. 그런데 비로소 1831년에 오 늘날의 변압기와 유사한 장치에서 전류가 발생하는 것을 발견한 것입니다.

1831년 가을에는 영구 자석 사이에서 구리 원반을 회전시켜 연속적인 전 류를 발생시키는 데에도 성공했습니다. 이것은 최초의 발전기인 동시에 최 초의 전동 모터였습니다. 그리고 패러데이는 그동안의 연구결과를 정리하

여 1831년 11월에 전자기유도법칙을 왕립학회에서 발표했습니다.

1845년에는 자기장과 자기력선 개념을 처음으로 도입했고, 자기장 개념 을 더욱 발전시켜 1852년 [자기력선의 물리적 특성]이라는 자기장에 관한 논문을 발표했습니다. 대부분의 과학자들이 전기력이나 자기력을 원격작용 이라고 생각했던 것과는 달리, 패러데이는 전기력선과 자기력선을 이용하 여 설명했습니다. 패러데이의 이러한 업적은 이후 여러 분야에 영향을 미 쳤는데, 대표적으로 맥스웰(James Clerk Maxwell, 1831-1879)은 전기력선 과 자기력선의 개념을 수학적으로 발전시켜 전자기장 이론을 확립하고 전 자기파의 존재를 수학적으로 예측할 수 있었습니다.

■ 전자기유도 - 발전의 시작

자기 유도 현상이 발견되기 이전에는 전기를 만들어 내는 방법이 두 가 지밖에 없었습니다. 하나는 물체를 마찰시켜 전기를 만들어 내는 방법이었 고, 또 하나의 방법은 전지를 이용하여 전기를 발생시키는 것이었죠. 그러 나 이런 방법은 소량의 전류만 만들어낼 수 있어 실생활에 이용되지는 못 하고, 실험을 하거나 호기심 많은 사람들의 놀이거리로만 사용되었습니다.

그러나 패러데이가 전자기유도법칙을 발견한 이후에는 사정이 달라졌습니 다. 덕분에 아주 쉽게 전기를 발전시킬 수 있게 되었으니까요.

자기장의 변화가 도선에 전류를 유도한다는 것이 전자기유도법칙의 원 리입니다. 이는 의외로 간단합니다. 도선 주위에 자기장의 변화를 만들어 내기 위해서는 도선 주위에서 자석을 움직이거나 자석 주위에서 도선을 움직이기만 하면 되기 때문이죠. 실제로 발전기에서는 커다란 코일 뭉치 (도선)를 만들어 놓고 그 가운데서 강한 자석을 빠른 속도로 회전시키거나 반대로 강한 전자석을 만들어 놓고 그 가운데서 코일을 돌립니다. 그러면 자기장에 변화가 생기게 되는데, 모든 발전의 원리는 이와 같으며, 다만 동력을 얻는 방법에 따라 수력발전, 화력발전, 원자력 발전 등으로 구분됩 니다.

전자기 유도에 의해 흐르는 전류의 방향은 자기장이 변화하는 방향에 의 해 결정됩니다. 자기장의 변화에 의해 만들어지는 전류의 방향을 결정하는 법칙은 일면 렌츠의 법칙 또는 청개구리의 법칙이라고 부릅니다. 이렇게 부르는 이유는 유도된 전류의 방향이 항상 전류나 자기장의 변화를 방해 하는 방향이기 때문입니다.

■ 모터의 구조

전류에서 돌림힘을 끌어내는 원리는 "자기장 속을 흐르는 전류에는 자기 력이 작용한다“입니다. 이 자기력의 방향은 자계와 전류 방향에 직각이 되 는데, 이는 플레밍의 왼손 법칙으로 설명할 수 있습니다.

방법으로는 다음의 두 가지가 있습니다. 첫째, 자계에 직각으로 코일을 놓 고 전류를 흐르게 하는 것입니다. 이때 코일의 양쪽을 흐르는 전류가 반대 방향으로 흘러 돌림힘이 발생하면서 연속적으로 끌어냅니다(직류전동기  등). 둘째, 변화하는 자계 속에 도체를 두었을 때 전자기 유도의 법칙에 따 라 도체에 전류가 흘러 먼저와 같은 원리로 돌림힘이 발생합니다.(유도전 동기). 두 가지 방법 모두 발생하는 힘은 자기장과 전류의 곱에 비례합니 다.

전동기에서 동력을 끌어내는 방법은 이처럼 발전기를 거꾸로 가동하는 것입니다. 실제로 전동기는 1873년의 빈의 박람회에서 정지하고 있는 발전 기의 전류를 끌어내는 단자(端子)에 전류가 흐르는 도선을 잘못 연결한 일 을 계기로 개발되었습니다.

다 걸러 버리겠다 !!

(필터의 원리)

6차시

중학교

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[교사용]

교육 과정

학

년 과목 소단원 영역 내용요소 활동적용예

2009

국어Ⅰ 화법 공감적 듣기와

문제해결

l 고분자 물질을 이용한 필터의 예를 찾 아 조사해 본다.

l 필터의 원리에 적용된 동물이나 식물들 의 예를 찾아보고, 실생활에 어떻게 이 용할 수 있을지에 대해 토의해 본다.

l 청소기 필터에 대한 이해를 바탕으로 기능적인 요소를 이용하여 디자인해 본 다.

과학 반도체와 신소재 고분자 물질과

첨단소재 고분자 소재 생명과학 Ⅰ 생물의 다양성과 환

경

생 물 다 양 성 과 환경

생물자원의 이 용

생명과학 Ⅱ 생명공학 생명공학 생명공학의 기 술과 이용

화학Ⅱ 반응속도 촉매 촉매의 종류와

이용

미술문화 미술과 생활 미술과 생활

생활을 디자인 하고 개선하는 미술의 기능

6.다 걸러 버리겠다 !!

STEAM지도안 중학교

Ⅰ

^{STEAM 열기}

청소로봇의 핵심 부품 중에 하나가 필터이다. 필터는 청소기뿐만 아니라 우리 실생활에 널리 쓰이고 있 는데, 본 차시는 이러한 필터의 원리와 여러 가지 필터에 대해 알아보고자 한다. 그러나 단순히 지식을 전달하기 보다는 필터와 관련된 미션을 수행해 봄으로서 STEAM 교육의 4C를 체험할 수 있도록 구성하 였다.

Ⅱ

^{교육과정 분석}

Ⅲ

본시 STEAM 수업 구성 및 준비물

<구성>

상황 제시 ▶

내용 융합

▶ 평가/보상

창의적 설계 감성적 체험

n 운동을 한 후 목이 말 라 정수기에서 물을 마 시려는데, 필터 교환 작업으로 물을 못 마시 게 됨으로써 필터에 대 한 호기심을 갖게 되는 상황

n 흙탕물을 자동차 냉각 수로 쓸 수 있을 만큼 맑은 물로 정수할 수 있는 장치 설계 및 개 발

n 창의적 아이디어 회의 후 정수장치 설계 n 정수장치 제작

n 정수장치를 직접 제작 하는 과정을 통해 몰 입, hands-on, 배려, 소 통을 체험

n 자신이 제작한 정수장 치를 조작해보며 실제 정수되는 과정을 통해 성취경험 획득

n (평가)체크리스트 평가 n (보상)모둠 및 개인별

누적 보상

새로운 문제에 도전

<준비물>

활동순서 활동명 준비물

1 정수장치 개발을 위한 아이디어 회의 활동지, 필기구, 정수장치 제작 준비물, 2 정수장치 설계 스마트폰

3 정수장치 제작과정 작성 활동지, 필기구

4 정수장치 시험해보기 활동지, 평가지, 필기구

5 흙탕물 분리 시합 활동지, 평가지, 필기구