그림 35. 코일길이 실험 모습
1차 코일길이 실험 결과 값에 따라 외부 실험에서는 2차 모델이 도로에서 발생되는 소리에 민감하게 반응하지 못하여 코일 길이에 따른 효율성을 실제 도로에서는 비교하지 못한 것을 알 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 진동판의 크기를 최대로 하여 좀 더 소리에 대해서 민감하게 반응하는 발전기를 제작하는 것이 필요하였다. 그래서 발전기 제작 시 윗 판을 모두 진동판으로 제작하여 발전 효율성을 최대화하였다.
가. 실험 방법
묶어서 형태를 유지하는 코일의 길이를 묶는 횟수로 조작하고 70회 80회 90회 100회 110회 120회의 길이로 코일을 제작하여 모두 진동판으로 제작한 윗 판과 8개의 자석으로 제작한 아래 판을 결합시키고 각각의 자석에 다른 종류의 코일을 해당 시켜 제작한 실험기기로 실험을 실행한다. 이때 실험은 스피커를 이용한 내부 실험과 실제 도로에서의 외부 실험을 구분하여 실행한다.
나. 실험 과정
우선 위판이 모두 진동판인 실험기기를 제작 시에 진동판을 윗 판에 판판하게 접착하는 것이 많은 시간이 필요로 하였고 5번의 시도 끝에 만족스러운 실험기기를 제작할 수 있었다. 하지만 다음날 실험기기를 꺼내 보니 코일의 무게로 인해 진동판이 내려가 자석과 붙어 있었고 이로 인해 진동판이 진동하지 못하였다. 그래서 위판을 재제작하여 실험을 진행 하였다. 내부 실험실에서 이전에 녹음한 도로 소음 음원의 같은 구간을 핸드폰 스피커를 통하여 진동판에 30초 동안 재생하여 나온 전압 결과 값을 기록하여 발전효율성을 비교해 보았고. 외부 실제 도로에서도 실제로 도로에서 발생되는 소음에 대한 발전효율성을 비교하기 위해 코일 실험기기를 도로환경에 2분 동안 노출 시킨 후 전압 결과 값을 기록하고 코일을 바꾸어 다시 실험하였다. 이를 통하여 적용 시의 발전 효율성을 비교하여 보았다.
다. 내부 실험 결과 코일
길이(횟수) 70 80 90 100 110 120
평균 전압(㎷) 10 14.5 24.5 15.5 13.5 10.5
최대 전압(㎷) 15 20 27 18 17 12
저항(Ω) 20.5 23 24 27 28 30
표 11. 코일 길이 실험 결과
0 10 20 30 40
70 80 90 100 110 120
평균 전압(㎷) 최대 전압(㎷) 저항(Ω)
3차 모델 코일 길이 실험
그림 36. 코일길이 실험 결과 그래프
결과 값에 의해 3차 모델에서는 코일길이가 90회 일 때 가장 발전이 잘 된 것으로 나타나 이후 제작하는 위판이 진동판인 모델들은 모두 코일을 90회로 제작하기로 결정 하였다. 또한 진동판의 크기가 커짐에 따라 예상대로 전체적인 발전의 효율성이 크게 증가하였다. 2차 모델의 코일실험과 비교한다면 진동판이 크기가 커져 진동판이 전체적으로 느슨해져 코일의 무게에 대해 받는 영향이 커져 효율적인 코일길이가 짧아졌다.
라. 외부 실험 결과 코일
길이(횟수) 70 80 90 100 110 120
평균 전압(㎷) 23.5 29 51 31 25.5 21
최대 전압(㎷) 53 72 124 65 57 43
저항(Ω) 20.5 23 24 27 28 30
표 12. 코일 길이 외부 실험 결과
0 50 100 150
70 80 90 100 110 120
평균 전압(㎷) 최대 전압(㎷) 저항(Ω)
3차 모델 코일 길이 외부 실험
그림 37. 코일 길이 외부 실험 결과 그래프
3차 모델 코일 길이 외부 실험의 결과 값에 따르면 내부 실험의 결과와 같이 위판을 진동판으로 제작 시 전체적인 발전 효율성이 크게 증가할 뿐만 아니라 외부 실험에서는 특히 자동차에 운행으로 인해 발생되는 바람에 의해 진동판이 흔들려 이전 모델들과는 다르게 발전효율이 크게 늘어났다.
실험의 결과 값에 따라 위판을 진동판으로 제작 시 코일의 길이가 90회 일 때 가장 효율적이게 전류가 생성된다는 것을 알게 되어 이후 제작하는 윗 판이 진동판인 발전기들의 코일은 모두 길이가 90회로 제작하기로 하였다.
마. 코일 실험 결과 종합
위판을 진동판으로 제작 시 진동판의 크기가 커짐에 따라 발전의 효율성도 늘어났다. 실험 결과 값에 따라 위판을 전부 진동판으로 제작한 모델의 코일길이는 90회가 적당하다는 결론을 얻을 수 있었다. 그리고 외부 실험 시에 도로에 운행 중인 자동차들이 발생 시킨 바람으로 인해 외부 시험시 이전 실험들과는 확연히 다른 전류의 전압 값 즉 실험값이 도출 되었다. 하지만 진동판의 크기가 커져 진동판이 전체적으로 느슨해져 코일의 무게에 의해 아래로 내려가 자석과 붙음으로 인해 발전의 효율성이 떨어졌다.
9. 3차 모델 제작
가. 첫 번째 3차 모델 제작
그림 38. 3차 모델 제작 모습
1) 위판 제작
2차 모델의 외부 실험에서 전류가 발생되지 않은 이유를 소리와 반응해야 하는 진동판의 크기가 너무 작아서 소리나 바람에 반응 하지 않았다고 생각하고 진동판을 구멍을 뚫어 만드는 것이 아니라 윗 판 전체를 진동판으로 만들어 진동판의 크기를 최대로 제작했다. 윗 판을 만드는 방법은 우선 높이가 1cm이고 길이는 아래 판에 맞춘 폼 보드로 만든 4개의 대를 제작 후 아래 판 모양에 맞게 결합시키고 이후 진동판을 붙일 부분에 접착제를 사용 하고 진동판을 손으로 펴서 붙인 진동판을 접착 시킨 후 테이프로 잘 고정시킨다. 그리고 아래 판에 붙어있는 자석에 따라 진동판에 선을 그은 후 선에 맞게 코일을 붙여 윗 판을 완성시킨다.
2) 아래 판 제작
지름 5cm 높이 0.5cm인 4개의 자석을 부착한다. 아래 판의 모양은 가로15cm 세로15cm인 정사각형 모양이다. 이때 자석끼리 분리해주는 벽이 없으므로 자석을 부착할 때 조심하여야 하며 양면테이프로 자석의 위치를 잡고 마지막으로 글루건으로 자석을 아래 판에 완벽 부착시켜준다.
3) 문제점
접착제사용 시 진동판 재질의 특성상 접착제에 의해 녹는다. 윗 판 제작 시 아래 판에 완전히 맞게 제작하기 어렵다. 진동판이 내려 앉아 자석과 붙는다. 이로 인해 전류가 발생되지 않는다.
4) 문제점 해결 방안
위판 제작 시 접착제를 사용할 부분에 테이프를 붙여 놓는다. 종이위에 윗 판을 붙여 제작 후 종이를 뜯어내어 제거하거나 각각의 대에 서로 결합 가능하게 홈을 파놓아 결합 시 완벽한 사각형을 만든다. 진동판이 내려앉는 것을 방지하기 위한 벽을 세운다. 하지만 이 방법은 진동판의 크기를 줄이기 때문에 비효율 적이기 때문에 재제작 한다.
나. 두 번째 3차 모델 제작
그림 39. 3차 모델 제작 모습
1) 위판 제작
높이가 1cm이고 길이는 아래 판에 맞춘 폼 보드로 만든 4개의 대를 제작 후 아래 판 모양에 맞게 결합시키고 이후 진동판을 붙일 부분에 접착제를 사용 하고 진동판을 손으로 펴서 붙인 후 테이프로 잘 고정시킨다. 그리고 코일을 붙여 윗 판을 완성시킨다.
2) 아래 판 제작
지름 5cm 높이 0.5cm인 4개의 자석을 부착한다. 아래 판의 모양은 가로15cm 세로15cm인 정사각형 모양이다. 이때 자석끼리 분리해주는 벽이 없으므로 자석을 부착할 때 조심하여야 하며 양면테이프로 자석의 위치를 잡고 마지막으로 글루건으로 자석을 아래 판에 완벽 부착시켜준다.
3) 문제점
진동판 재질의 특성으로 인해 진동판이 접착제에 의해 녹는다. 이로 인해 진동판이 팽팽하지 않게 되어 자석과 닿게 되고 발전이 효율적으로 일어나지 못하게 된다.