STEAM R&E 연구보고서
도로 주변 소음을 활용한 발전에 대한 연구
보평고등학교 1학년 공통과정
신승준, 용승욱, 전현근, 최유락
2013년 11월
<제목 차례>
논문 요약 ···ⅵ
Ⅰ. 서론
···11. 연구 동기 ···1
2. 연구의 필요성 ···1
3. 연구 목적 ···2
Ⅱ. 이론적 배경
···21. 페러데이 법칙 ···2
2. 앙페르 법칙 ···3
3. 스피커 ···4
4. 마이크 ···6
5. 파동 ···6
6. 음파 ···7
7. 전압 ···9
8. 전류 ···9
9. 직류 ···10
10. 교류 ···10
11. 정류기 ···11
12. 축전기 ···11
13. 저항 ···12
14. 저항률 ···13
15. 옴의 법칙 ···13
16. 저항의 합성 ···13
17. 전력 ···14
18. 코일 ···14
19. 방음벽 ···15
20. 발전 기능을 갖는 스피커 시스템 ···16
21. 태양광 발전 기능을 갖는 방음벽 ···16
22. 풍력발전 방음벽 ···17
Ⅲ. 연구 활동 및 과정
···181. 높이별 소리 측정 ···18
2. 스피커&마이크 ···18
3. 1차 모델 ···19
4. 연결 방법 실험 ···21
5. 진동판 실험 ···22
6. 코일 제작 ···24
7. 2차 모델 제작 ···26
8. 제 3차 코일길이 실험 ···30
9. 3차 모델 제작 가. 첫 번째 3차 모델 제작 ···33
10. 네 번째 모델 ···34
11. 세 번째 모델과 네 번째 모델 비교 ···36
11. 코일 감는 횟수 실험(재 실험) ···37
12. 외부 실험 ···38
13. 네 번째 모델 만드는 과정 중 문제점 ···39
14. 다섯 번째 모델 ···40
15. 직병렬 실험과 발전기 양에 따른 전압의 양 ···40
16. PVDF ···47
Ⅳ. 연구 결과
···53Ⅴ. 결론
···54Ⅵ. 참고문헌
···55<표 차례>
표 1. 높이별 소음 측정 결과 ···18
표 2. 1차 모델 실험 결과 ···21
표 3. 코일 연결 실험 결과 ···22
표 4. 진동판 종류 실험 결과 표 ···23
표 5. 테이프를 이용한 코일 실험 결과 ···25
표 6. 묶는 방법을 이용한 코일 실험 결과 ···25
표 7. 테이프를 이용한 코일 실험 결과 ···26
표 8. 묶는 방법을 이용한 코일 실험 결과 ···26
표 9. 코일 감는 횟수 실험 결과 ···28
표 10. 코일 감는 횟수 실험 결과 ···29
표 11. 코일 길이 실험 결과 ···31
표 12. 코일 길이 외부 실험 결과 ···32
표 13. 4차 모델 실험 결과 ···35
표 14. 3차 모델과 4차 모델 비교 ···36
표 15. 코일 횟수 재실험 결과 ···37
표 16. 발전기 1개 결과 ···42
표 17. 발전기 2개 결과 ···42
표 18. 병렬연결 결과 ···43
표 19. 직렬-직렬-직렬 연결 결과 ···44
표 20. 직렬-병렬-직렬 연결 결과 ···45
표 21. 병렬-직렬-병렬 연결 결과 ···45
표 22. 병렬-병렬-병렬 연결 결과 ···46
표 23. PVDF를 이용한 발전 실험 결과 ···49
표 24. PVDF 연결 실험 결과 ···50
표 25. PVDF 연결 실험 결과 ···52
<그림 차례>
그림 1. 전자기 유도 ···3
그림 2. 앙페르 법칙 ···4
그림 3. 스피커의 구조 ···5
그림 4. 음파의 특성 ···7
그림 5. 음파의 분류 ···7
그림 6. 소리의 3요소 ···8
그림 7. 직류와 교류 ···10
그림 8. 축전기의 연결 ···12
그림 9. 저항의 크기 ···13
그림 10. 저항의 직렬 연결 ···13
그림 11. 저항의 병렬 연결 ···14
그림 12. 코일의 종류 ···15
그림 13. 방음벽 박음 원리 ···16
그림 14. 발전 스피커 ···16
그림 15. 태양광 방음벽 ···17
그림 16. 풍력 방음벽 ···17
그림 17. 높이별 소음 측정 ···18
그림 18. 스피커와 마이크 분해 ···18
그림 19. 코일 제작 과정 ···19
그림 20. 코일 감는 모습 ···20
그림 21. 1차 모델 ···21
그림 22. 연결 방법 실험 모습 ···21
그림 23. 코일 연결 실험 결과 그래프 ···22
그림 24. 진동판 종류 실험 ···23
그림 25. 진동판 종류 실험 결과 그래프 ···23
그림 26. 코일 제작 모습 ···24
그림 27. 테이프 이용 코일 그래프 ···25
그림 28. 묶기 이용 그래프 ···25
그림 29. 2차 모델 제작 과정 ···26
그림 30. 2차 모델 제작 과정 ···27
그림 31. 코일 제작 도구 ···27
그림 32. 코일 감는 횟수 실험 ···28
그림 33. 2ㅊ파 모델 코일 길이 내부 실험 결과 그래프 ···29
그림 34. 외부 실험 모델 ···30
그림 35. 코일길이 실험 모습 ···30
그림 36. 코일길이 실험 결과 그래프 ···31
그림 37. 코일 길이 외부 실험 결과 그래프 ···32
그림 38. 3차 모델 제작 모습 ···33
그림 39. 3차 모델 제작 모습 ···34
그림 40. 4차 모델 ···34
그림 41. 4차 모델 내부 ···35
그림 42. 4차 모델용 자석 ···35
그림 43. 4차 모델 완성품 ···35
그림 44. 3차 모델과 4차 모델 비교 그래프 ···36
그림 45. 코일 감는 횟수 재실험 모델 ···37
그림 46. 코일 횟수 재실험 결과 그래프 ···38
그림 47. 외부 실험 모습 ···38
그림 48. 외부 실험 결과 그래프 ···39
그림 49. 다섯 번째 모델 ···40
그림 50. 발전기 연결 모식도 ···41
그림 51.흡음 발전기 개수가 1개인 경우 ···41
그림 52. 발전기 1개 결과 ···42
그림 53. 흡음 발전기 개수가 2개인 경우 ···42
그림 54. 발전기 2개 결과 그래프 ···43
그림 55. 병렬 연결 결과 그래프 ···43
그림 56. 흡음 발전기 개수가 4개인 경우 ···44
그림 57. 직렬-직렬-직렬 연결 결과 ···44
그림 58. 직렬-병렬-직렬 연결 결과 ···45
그림 59. 병렬-직렬-병렬 연결 결과 ···46
그림 60. 병렬-병렬-병렬 연결 결과 ···46
그림 61. 연결 종류에 따른 발전량 실험 모습 ···47
그림 62. PVDF ···48
그림 63. PVDF를 이용한 발전 실험 결과 그래프 ···49
그림 64. PVDF 연결 모습 ···50
그림 65. PVDF 연결 실험 결과 그래프 ···50
그림 66. PVDF 외부 실험 모습 ···51
그림 67. PVDF 외부 실험 결과 ···51
그림 68. PVDF 연결 실험 모습 ···52
그림 69. PVDF 연결 실험 결과 그래프 ···53
논문 요약
우리는 전기를 만드는 일 뿐만 아니라 다른 역할을 동시에 하는 것이 가능하게 하는 발전시스 템을 생각해 보았다. 마이크는 페소리신호를 전기신호로, 스피커는 전기신호를 소리신호로 전환할 수 있다는 것을 이용하여 소리를 이용하여 발전하는 방법을 모색해보았다.
우리는 총 6가지 정도의 모델을 제작하고 각각 실험하고 여기서 발생하는 전기를 전압으로 측 정하였다. 가장 초기 모델에서는 정상적인 전기 발생량을 측정하는 것은 거의 불가능하였고 직렬, 병렬연결에 따른 전기 발생량만 비교해보았다. 두 번째 실험모델에서는 첫 번째 실험모델 보다는 전압이 높게 측정되었지만 두 번째 모델까지는 아직도 전기 발생량이 부족하여 정확한 측정이 불가능하였다. OPP필름 실험모델에서는 앞에서 제시한 실험모델들보다 측정이 쉬웠고, 더 많은 전기가 발생하여서 외부 실험과 실제 소음을 이용하여 개수에 따른 전기 발생량 비교도 가능하였고, 외부실험을 통해서 실제 환경에서 발전가능성을 볼 수 있었다. 마지막 실험으로는 실제로 사용되고 있는 필름스피커를 이용하여 발전기의 개수에 따른 전기 발생량 비교 실험과 직렬과 병렬의 연결 방식에 따른 전력 발생량 실험을 하였다. 이 실험의 결과들을 통해서 우리 는 소음을 이용해서 흡음 발전 시스템의 발전 가능성을 볼 수 있었고, 좀 더 전문적인 지식과 개선된 발전 시스템을 이용하여 실험을 진행한다면 조금 더 효과적인 결과를 낳을 수 있을 것이 라고 판단하였다.
흡음 발전 시스템을 실제 소음이 많이 발생하는 지역에 적용한다면, 많은 양의 전기를 공급하지는 못하더라도, 현재 조금이라도 전기를 아껴야 하는 이 상황에서 이 발전시스템을 사용한다면, 큰 도움이 될 것이라고 생각한다. 흡음 발전 시스템을 방음벽에 적용한다면, 소음을 최대한 줄일 수 있고, 발전도 동시에 하기 때문에 다른 발전 방법보다 실용적인 발전 방법이라고 생각된다. 소리의 진동을 이용하여 발전하는 방식을 연구하면서, 일상생활에서는 고려 받지 못하는 여러 자연 에너지가 있다는 것을 알았고, 이를 활용한다면, 사람들에게 적지 않은 이익을 가져다 줄 수 있고, 오히려 다른 발전 방식보다 조금 더 친환경적이고 고갈되지 않는 미래 지향적인 대체 에너지라고 볼 수 있을 것이라고 본다. 그리고, 흡음 발전방법도 우리가 연구한 스피커 형식뿐만 아니라 PVDF와 같이 압전식 발전 방법을 사용하는 형태와 같이 충분히 다른 방향으로도 접근할 수 있기 때문에, 앞으로의 발전 가능성이 매우 높다고 본다. 이와 같은 연구를 하면서 전기를 생산하는 과정을 연구하는 것도 어려웠지만, 생산하는 과정뿐만 아니라 충전 및 사용하는 방안도 발전하는 것만큼이나 중요하다고 생각되었다. 실제로 흡음발전시스템 뿐만 아니라 다른 발전시스템들 또한 방음벽제작과 같은 기술에 추가적으로 다른 기술을 접합시켜 하나의 장치에서 두 가지 이상의 일을 동시에 하고 있는 것들이 상용화 되어 일상생활에 이미 응용되어 사용되고 있다. 만약, 이 실험을 더 진행한다면 좀 더 효과적인 발전 시스템을 구축하고, 더 많은 전압을 발생시켜 충전 회로를 제작하여 그 곳에 전기를 충전하는 형태의 발전기를 만들어 차가 많이 다녀 소음이 많이 발생하는 고속도로나 규모가 큰 차선의 방음벽에 적용하여 도로뿐 아니라 지하철, 경기장 등의 소음이 많이 발생하는 장소에 설치한다면 실용성뿐만 아니라 경제적인 측면에서도 효율적 일 것이라고 예상한다.
Ⅰ. 서론
1. 연구 동기
우리는 지속가능한 발전의 관한 연구가 새롭게 떠오르고 있다는 것을 알았고, 이는 세상에서 많은 관심을 가지고 있고, 우리가 연구한 주제의 모티브인 마이크와 스피커를 이용하여 발전이 확인되었다는 사실을 여러 매체와 논문을 통해서 알게 되었다. 최근 10년간 전 세계적으로 에너지 고갈에 대한 문제를 심각하게 받아들이고 있다. 그 원인으로는 약 300여 년 전에 있었던 산업혁명에서 부터 시작된 화석연료가 지금까지 엄청난 양이 사용되면서 고갈될 위험이 찾아왔기 때문이다. 이 때문에 현재, 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 이를 극복하기위해 온 갖은 노력과 돈을 신재생에 너지에 쏟아 붓고 있다. 그 결과, 태양광, 태양열, 풍력, 소수력, 해양에너지, 그리고 폐기물에너지와 같은 여러 재생에너지와 연료전지와 같은 신에너지가 개발되었고, 사용되고 있다. 이들이 가지고 있는 대부분의 공통점은 상당히 실용적이라는 것이다. 예를 들면, 수력발전 같은 경우는 댐의 역할인 물을 방출하는 역할을 하면서 동시에 물의 위치에너지를 전기에너지로 바꾸는 두 가지 일을 한다.
조력발전은 다리역할을 하면서 동시에 바다의 조수간만의 차를 이용하여 조력발전을 한다. 우리는 이와 같이 전기를 만드는 일 뿐만 아니라 다른 역할을 동시에 하는 것이 가능하게 하는 발전시스템을 생각하게 되었다. 먼저, 마이크는 페러데이 법칙을 사용하여 소리신호를 전기신호로, 스피커는 앙페르 법칙을 사용하여 전기신호를 소리신호로 전환할 수 있다는 것을 이용하여 소리를 이용하여 발전하는 방법을 모색해보았다. 하지만, 문제는 이렇게 전기발전으로만 쓰인다면 절대 실용적이지 않다고 생각되었다. 최근에 우리나라는 소음으로 많은 갈등을 빚고 있다. 그래서 아파트단지 옆에 있는 큰 도로에는 대부분 높은 방음벽이 설치되어있다. 우리는 이를 해결하기 위한 방법으로 위에서 생각한 흡음 발전기를 방음벽에 적용시켜 발전하는 동시에 소음도 줄이는 방법을 생각하게 되었다.
2. 연구의 필요성
현재 우리나라뿐만 아니라 전 세계에서는 석유, 석탄, 천연가스와 같은 화석연료를 에너지로 가장 많이 사용하고 있다. 하지만, 이와 같은 화석연료는 현재 고갈될 위험을 가지고 있다. 석유는 공식적으 로 약 40년 내에 고갈될 것이라고 알려져 있고, 그 다음은 60년으로 천연가스, 그나마 석탄은 약 130년 정도 사용이 가능하다고 알려져 있다. 물론, 이 자원들이 떨어진다고 해서 우리가 전기를 절대로 못쓰는 것은 아니다. 하지만, 화석연료를 대체할 수 있는 현재로서는 거의 유일한 방법이 원자력발전소이다. 이 원자력발전소는 우라늄을 주 원료로 사용하고 여기에서는 엄청난 전기를 생산한다. 그리고 우라늄은 약 3600년 정도 사용이 가능하다 하지만, 원자력 에너지는 많은 에너지를 가지고 있는 만큼 위험성이 높다. 2011년 일본 지진사건을 보면 알겠지만, 원자력발전소에서 사고가 발생하면 그것은 걷잡을 수 없는 사태가 벌어지게 된다. 그리하여 우리 인간은 원자력발전소외에도 신재생에너지라는 것을 개발 중이다. 그리고 이중 일부는 이미 사용되고 있다. 물론 이 신재생에너지 는 분명히 원자력 발전보다는 적은 에너지를 생산할 것이다, 하지만, 신재생에너지는 원자력발전소 보다는 일단 일상생활에 적용시킬 수 있고, 모든 전기를 원자력발전소에서 공급하는 것만으로 충당 이 되지 않는 경우도 발생할 것이다. 그렇게 때문에 사람들은 재생에너지와 같은 분야를 꾸준히 연구하는 것이다, 만약 화석연료가 바닥나는 상황이 닥친다면, 흡음발전과 같이 현재는 사용되지 않고 그냥 지나치는 파동에서 우리사회에 보충되는 에너지원이 될 것이다. 흡음발전기는 방음벽뿐만
아니라 소음이 나는 곳에서는 모두 발전이 가능하기 때문에 상용화된다면 이는 거의 모든 곳에 사용될 것이므로 흡음 발전은 에너지가 부족할 미래사회에는 꼭 필요한 발전시스템일 것이다.
3. 연구 목적
이 연구는 현재 화석연료에 대한 대체에너지가 아니다. 이는 현재 다른 신재생에너지들과 같이 우리나라의 미래 에너지 공급원도 아니다. 이 연구의 목적은 주제에서 제시했듯이 소리를 흡수하여 에너지를 만드는 연구이다. 우리가 실생활에서 사용하고 흘려보내는 그런 자연적인 에너지를 모아서 약간의 에너지를 더하고 이를 활용하고 여기서 멈추는 것이 아니라 원래 방 음벽의 원리인 소리를 튕기지 않고 전부는 아니더라도 일부를 흡수하여 이를 활용하는 방안을 찾기 위해 이 연구를 진향하게 되었다. 이 흡음발전시스템은 스피커나 마이크의 구조와 원리가 유사하다. 코일이 부착된 진동판을 흔들리게 하고 이를 전기신호로 전환하는 방법이다. 우리는 가장 효율적인 흡음발전기를 만들기 위한 여러 요소를 연구하였다.
가. 가장 잘 진동하는 진동판 모양, 크기와 강도가 강한 재질을 찾기.
나. 효율적으로 전기를 생산할 수 있는 자석 종류와 이를 발전기에 적용할 방법 찾기.
다. 진동판에 가장 적합한 코일 크기(지름)와 코일 감는 횟수, 그리고 이 코일 크기에 따른 코일 감는 방법 찾기.
라. 진동판과 코일을 이용하여 가장 효율적인 흡음발전기의 형태 만들기.
마. 흡음 발전기의 연결방법에 따른 발전효율성 연구와 이를 통해 가장 효율적인 연결방법 찾기.
바. 흡음 발전기의 충전방법과 회로 연구.
사. 실제 도로에서의 흡음 발전기의 실제 환경에서의 실험을 통해 사용 가능성 확인.
아. 이외의 흡음 발전방법을 사용한 발전기를 이용하여 실제 환경에서의 실험을 통하여 실용화 가능성 확인.
자. 이와 같은 방법으로 만든 흡음 발전기를 이용하여 에너지 생산 뒤, 전구를 켜서 실용 가능성을 확인.
차. 완성된 흡음 발전기를 실제 방음벽에 설치하여 실험하고 이 발전기의 예상되었던 기댓값과 비교 및 실용성 확인.
Ⅱ. 이론적 배경
1. 페러데이 법칙
전자기유도에 의해 회로 내에 유발되는 기전력의 크기는 코일 속을 지나는 자속의 시간적 변화율과 코일의 감은 횟수에 비례한다. 1831년 패러데이가 이 법칙을 발견함으로써 전자기유도는 도체가 자속선을 끊을 때 일어나는 현상임이 밝혀졌다. 1820년 외르스테드가 전류 주위에 자기 장이 발생한다는 사실을 발견한 후 과학자들은 자기장에 의한 전류를 발생시킬 수 있을 것이라고 생각하게 되었다. 패러데이 역시 이런 생각을 하였고, 처음으로 코일과 자석을 움직여 회로에 전
류가 흐르게 하였다. 패러데이는 코일과 자석 둘 중 하나를 고정시키고 나머지 한 개만 움직였 을 때 코일에 전류가 발생하고, 코일과 자석이 상대적으로 정지하였을 때는 전류가 흐르지 않음 을 발견하였다. 또한 자석의 극을 바꾸면 유도되는 전류의 방향이 달라진다는 것도 알게 되었다.
이와 같이 코일과 자석 사이의 상대적인 운동으로 전류가 유도되는 현상을 전자기유도라고 한 다. 이 때 코일 양단에 발생한 기전력을 유도기전력이라고 하며, 코일의 회로가 닫힌 경우 유도 기전력에 의해서 흐르는 전류가 유도전류이다. 전자기유도현상에서 도선 또는 자석의 운동 속도 를 크게 하거나 강한 자석을 사용하면 같은 시간 동안에 코일을 지나는 자속의 변화가 커진다.
또 코일의 감은 수를 증가시켜도 큰 유도기전력이 나타난다. 이러한 사실을 수식으로 나타내면 다음과 같다. 여기서, V는 유도기전력, n은 감은 수, 시간 ∆t 동안 코일을 관통하는 자속의 변 화를 ∆ф이다. (-)부호는 유도기전력이 자속의 변화를 방해하는 방향으로 흐름을 나타내며, 이 것이 곧 렌츠의 법칙이다. 패러데이의 전자유도법칙은 기본적으로 전기와 자기가 통합되어 있음 을 보여주어 전자기장이라는 물리 개념이 도입되는데 중요한 역할을 하였다. 이 일은 맥스웰에 의해 정식화되었다. 패러데이의 전자기유도 법칙을 미분한 형태가 곧 맥스웰 방정식 중 하나이 며, 이후에 맥스웰 법칙에 반영되어 전자기학의 기본 법칙이 되었다. 이 법칙은 이후 발전기를 발명하는 데에도 큰 역할을 하였다. 또한 자기유량계의 원리이기도 한데, 자기유량계는 전도성을 지닌 액체나 슬러리의 유량을 측정할 때 사용된다. 전도성을 가진 액체가 움직일 때 생기는 자 기장에 의해 유도기전력이 발생하는 원리를 이용하여 전도성을 지닌 액체나 슬러리의 흐름을 측 정할 수 있다. 헨리가 같은 때에 패러데이와 같은 실험을 하였으나 패러데이가 먼저 논문을 내 어 패러데이의 법칙으로 알려지게 되었다. 즉, 유도기전력의 크기는 코일을 관통하는 자속(자기 력선속)의 시간적 변화율과 코일의 감은 횟수에 비례한다는 전자기유도법칙이다. 기전력의 방향 을 정하는 렌츠의 법칙과 함께 전자기유도가 일어나는 방식을 나타낸다. 쉽게 말해서 페러데이 법칙은 자석이 코일사이를 왕복하는데 그때의 코일 속에 생기는 자기장의 방향이 계속해서 바뀌 고 이것이 코일 회로에 교류전류를 흘려보내는 것을 전자기 유도 법칙 또는 페러데이 법칙이라 고 말한다. 대표적으로 페러데이 법칙을 이용하여 사용되는 것 중에는 마이크와 RFID가 있다.
그림 1. 전자기 유도
2. 앙페르 법칙
앙페를 법칙은 A.M.앙페르가 발견하였다. 닫힌 원형회로에서의 전류가 이루는 자기장 에서 어떤 경로를 따라 단위자극을 일주시키는 데 필요한 일의 양은, 그 경로를
가장자리로 하는 임의의 면을 관통하는 전류의 총량에 비례한다. 비례상수는 MKSA 단위계에서는 1이고, 가우스단위계에서는 4π/c(c는 광속도)이다. 식으로 나타내면 ∮ Hs ds=kΣI가 된다(좌변은 경로 s 방향으로 자기장의 성분 Hs를 따라 일주한 적분, ΣI는 전류의 총량, k는 비례상수). 한편 앙페르가 발견한 전류의 방향과 자기장의 방 향과의 관계를 나타내는 ‘오른나사의 법칙’을 앙페르의 법칙이라고도 한다. 자기장의 방향을 오른나사의 회전방향으로 잡으면 전류의 방향이 나사의 진행방향이 된다. 또 한 앙페르 법칙은 전류와 자기장의 관계를 나타내는 법칙으로 원어명은 Ampere's law이다. 전류에 의해 형성된 자기장에서 단위자극이 움직일 때 필요한 일의 양은 단위자극의 경로를 통과하는 전류의 총합에 비례한다. 이 때 자기장의 방향은 오른 손의 법칙을 통해 쉽게 구할 수 있다. 다시 한 번 말해서 앙페르 법칙은 페러데이 법칙과 반대로 코일 또는 전선에 전류를 흘려보낼 때, 그 전선, 코일 주변에 자기장 이 생기는 것을 말한다. 앙페를 법칙이 사용되고 있는 것에는 스피커가 대표적이다.
그림 2. 앙페르 법칙
3. 스피커
스피커란 전기신호를 진동판의 진동으로 바꾸어 공기에 소밀파를 발생시켜 음파를 복사하는 음향기기이다. 확성기 또는 라우드 스피커라고도 한다. 진동판이 공기 중에 직접 놓이는 종류를 복사형 스피커라 하고, 진동판이 혼 속에 놓이는 종류를 혼형 스피커라고 한다. 직접 복사형은 보통 라디오 ·스테레오 장치에 많이 쓰이는 콘스피커가 대부분이며, 금속진동판을 사용한 것도 있다. 콘 스피커는 진동판에 원뿔형 판을 많이 사용하며 전자기형인 마그네틱스피커(자기확성기) 보다 동전형이 많이 쓰인다. 효율은 코일을 지나는 총 자속수의 제곱에 비례하므로, 큰 자석을 사용한 대구경의 것이 전기음향 변환효율이 좋다. 1VA의 전기입력에 대해 축상 1 m에서 105 dB(효율 약 1.5 %)~90 dB(0.3 %)의 음압이 생긴다. 혼 스피커의 효율 30~40 %에 비하면 효율 은 뒤지지만, 값이 싸고 소형으로 만들 수 있는 것이 특징이다. 혼형은 역이나 운동장 등 옥 외에서 볼 수 있는 나팔형 스피커로, 전기적 ·음향적 특성이 양호하고 스피커를 수용하는 음 향상자가 필요하지 않으므로 중형 이하의 스피커에 많이 사용되지만, 나팔개구부의 지름에 따 라 나올 수 있는 음의 최저주파수가 제한되는 것이 결점이다. 전기신호를 음파로 변환시키는 원리와 방법에 따라 동전형 ·전자기형 ·정전형·유전체형·자기왜형 등이 있다. 음악재생용 이나 음성용으로서는 성능이 좋은 동전형(다이내믹형)이 널리 쓰인다. 동전형은 영구자석의
자기장 내에 있는 코일(보이스코일)에 음성신호 전류를 흘리면 그 전류의 세기에 따라 기계적 인 힘이 코일에 작용하여 운동을 일으키는 원리를 이용한 것이다. 전자기형은 영구자석 끝에 설치한 코일에 음성전류를 흘려보내어 코일 사이에 있는 철편을 진동시키고 이 진동을 레버 에 의해 진동판에 전하여 소리를 방사한다. 취급이 간단하므로 가정용 라디오에 많이 사용되 었으나 고역특성이 나쁘고 일그러짐이 많아 점차 사용이 줄고 있다. 정전형은 고음용으로 사 용되는 경우가 있고, 유전체형 ·자기왜형은 가청주파수가 아닌 20 kHz 이상의 초음파 영역 에서 사용된다. 그리고 가청주파수용 스피커 중에서 특히 고역주파수대(10 kHz 이상)용으로 사용하는 것을 트위터라고 하는데 혼형 ·원뿔형 종류가 있으며, 진동계의 무게가 작다. 스피 커의 원리와 구조를 말하자면, 도선 주위에 나침반을 놓고 도선에 전류를 흘러주면 나침반 바 늘이 움직인다. 이는 도선에 전류가 흐를 때 그 주변에 자기장이 생긴다는 사실을 의미한다.
이 성질을 이용하여 전자석을 만들 수 있다. 쇠못에 에나멜 선을 감고 에나멜선에 전류를 흘 러주면 쇠못은 자석이 된다. 자석이 된 쇠못을 영구자석에 가까이 가져가면 밀어내거나 당기 는 힘이 작용한다. 이러한 원리로 스피커를 만들 수 있다. 스피커에는 진동을 하는 진동판이 있다. 이 진동판에 에나멜선을 감은 것과 같은 코일을 붙인다. 이 코일을 보이스 코일 이라고 한다. 보이스 코일을 영구자석 가까이 놓고, 코일에 소리 정보를 가진 전류를 흘러주면 플레 밍의 왼손 법칙 에 따라 코일이 힘을 받아 움직인다. 코일과 붙어있는 진동판이 진동을 하면 공기가 진동하여 소리가 나게 된다. 이것이 스피커에서 소리가 나는 기본 원리이다. 진동판을 진동시키는 방식에는 여러 가지가 있다. 구동 방식에 따라 다이내믹 스피커, 정전형 스피커, 압전 스피커, 이온형 스피커, 진동면이 얇은 박막형 스피커 등이 있다. 그 중에서 가장 널리 쓰이는 스피커는 다이나믹 스피커이다. 원형의 영구자석 윗면으로부터 나오는 자기장이 탑 플레이트, 폴피스, 바텀 플레이트, 영구자석 아랫면으로 이동하는 자기장을 형성한다. 스피커 에는 도선을 코일 모양으로 감은 보이스 코일이 있는데, 이 보이스 코일을 폴피스와 플레이트 사이에 놓고 코일에 소리 정보를 가지고 있는 전기를 보내면 플레밍의 왼손 법칙에 따라 움 직이게 된다. 보이스 코일에 교류를 보내주었을 때, 보이스 코일에 흐르는 전류의 방향이 정 반대로 바뀔 때마다 힘의 방향이 정반대로 바뀌게 되어 상하로 움직이는 것이다. 그 결과 보 이스 코일에 붙어있는 스피커의 진동판이 왕복운동을 하게 되고, 소리가 스피커로부터 재생이 된다. 이때, 진동판이 빠르게(진동수가 많이) 진동하면 높은 음이, 진동판이 느리게(진동수 적게) 진동하면 낮은 음이 재생이 된다. 또한, 진동판의 진폭이 크면 강한 소리가, 진폭이 작으면 약 한 소리가 재생된다. 오디오 기기에 연결하여 사용하는 이어폰도 같은 원리로 소리가 재생된다.
그림 3. 스피커의 구조
다이나믹 스피커 외의 스피커 중에는 PVDF가 있다. PVDF는 얇고 가벼워서 마음대로 디 자인도 가능하다. 그리고 이 PVDF는 다른 스피커들과는 달리 공간을 적게 차지하는 특징을 가지고 있다. 특수 소재에 압력이나 진동을 가하여 형태를 변형시키면 재료의 표면에 전하 가 생성되어 전류가 흐르게 된다. 이러한 효과를 압전효과라고 한다. 전하를 띤 압전 물질 에 전류를 흐르게 하면 진동을 한다. 즉, 기계적 에너지와 전기에너지가 상호 전환한다고 할 수 있다. 이러한 원리를 이용한 것이 PVDF(압전 스피커)이다. PVDF는 폴리불화비닐리덴 (PVDF)이라 불리는 고분자화합물 필름으로 만들어진다. 이 필름의 표면에 압력을 가하여 전극을 형성하도록 가공한다. 전극이 형성된 필름에 소리 정보를 가진 전기 신호를 흘려 보 내면 진동을 한다. PVDF는 가볍고 얇고 투명하고 디자인을 다양하게 할 수 있으며 두루마 리처럼 말 수도 있는 장점이 있다. 그러나 음질은 저음 영역에서 만족할 만한 수준이 아니 어서 계속 개발 중에 있다. PVDF는 일반 오디오 기기뿐만 아니라 pc용 스피커, 수중 음파 탐지기, 휴대폰, 전화기 등에서도 부품으로 사용된다.
4. 마이크
마이크란 음파 또는 초음파를 받아서 그 진동에 따른 전기신호를 발생하는 장치이다. 마이 크는 크게 두 가지 종류의 마이크로 나눌 수 있다. 마이크로폰은 동작 원리에 따라 다이내믹과 콘덴서 마이크로폰이 있다. 다이내믹 마이크로폰의 구조는 진동판 뒤에 보이스 코일이 부착되어 있으며 그 주위를 영구 자석이 감싸는 구조로 되어 있다. 이 구조는 다이내믹 스피커와 같고 단지 음향 신호가 전기 신호로 변환된다는 것이 다르다. 콘덴서 마이크로폰은 전기소자인 콘 덴서의 동작 원리를 응용한 것으로 두 장의 평행한 금속판에 직류 전압을 공급하면 두 전극 사이에는 전하가 저장되는데 이것을 축전기, 즉 ‘콘덴서라’하며 이것은 전기를 저장하는 기 능이 있기 때문에 저항과 함께 전기와 전자회로에서 사용하고 있다. 콘덴서 마이크로폰은 한 쪽 전극을 진동판으로 사용하여 두 전극 사이에 변화를 주어 마이크로폰에 전달된 소리를 오 디오 신호로 변환한다. 동작 원리에 따른 분류 이외에도 마이크로폰이 소리를 받아들일 수 있 는 방향 즉, 지향성에 따라 구분을 하기도 하는데 전 지향성(마이크를 중심으로 전후좌우 모 든 방향에서 들어오는 소리를 모두 받아들임), 양 지향성(마이크의 다이어프램 즉, 진동판을 중심으로 전방과 후방에서 들어오는 소리를 받아들임) 그리고 단일 지향성(마이크의 전면에서 들어오는 소리를 받아들임)이 그것이다. 각각 지향성이 다른 마이크로폰은 특정 목적에 맞추 어 선택하여 사용한다.
5. 파동
파동이란 공간이나 물질의 한 부분에서 생긴 주기적인 진동이 시간의 흐름에 따라 주위로 멀리 퍼져나가는 현상을 의미한다. 파동은 장애물이 없을 때 직진하고 가는 틈을 만났을 때는 회절하며 성질이 다른 매질을 만났을 때 굴절한다. 또 장애물을 만났을 때는 반사도 하며 두 파동이 서로 만났을 때 간섭 현상을 일으킨다. 파동은 크게 종파와 횡파로 나눌 수 있다. 횡 파는 매질의 상태변화 방향이 파동이 진행하는 방향에 수직인 것을 말한다. 예를 들면, 빛이 나 전파 등은 순수한 횡파이다. 이에 대해 종파는 매질의 상태변화의 방향이 파동의 진행방향
에 대해 평행인 것으로 조밀파라고도 한다. 그 예로 음파 등을 들 수 있다. 일반적으로 물체 에 전파되는 탄성파 중 횡파는 형상탄성에 의하여 일어나며, 종파는 부피탄성에 의하여 나타 난다. 따라서 고체 내에서 일어나는 파동은 탄성파로 종파 ·횡파가 함께 일어날 수 있는데, 형상탄성이 없는 유체의 경우에는 횡파가 생기지 않는다. 어느 경우라도 파동이 전달되는 속 도는 매질의 탄성률과 밀도에 의해 결정되며, 각 매질에 따라 일정한 값이 된다. 또 파동이 전파되는 매질 속에서 같은 시각에 같은 상태변화를 가진 점을 연결하면, 일반적으로 연속된 면이 나타나는데, 이것을 파면이라고 한다. 파면이 구 모양으로 일어나는 파동을 구면파, 평면 이 되는 파동을 평면파라고 한다.
6. 음파
음파란 물체의 진동이 균일하던 매질(공기)에 부분적으로 압력 변화를 일으켜서 종파의 형 태로 고막을 진동시키는 것이다. 줄이나 물체의 진동이 임의의 방향으로 운동하고 있는 공기 입자들을 교란시키면 부분적으로 압력이 높은 곳과 낮은 곳이 나타나게 된다. 그러면 압력 차 에 의해 공기 입자들이 압력이 높은 곳에서 압력이 낮은 곳으로 이동하게 되어 음파는 퍼져 나가게 되고, 공기의 압력 변화가 사람들의 귀에 도달하면 고막을 진동시킨다. 줄이나 물체의 진동은 음파를 일으키는 원인은 될 수 있지만 음파는 아닌 것이다. 사람이 들을 수 있는 음파 의 가청 주파수는 약 20~20,000Hz이고, 주파수가 20Hz 이하의 음파는 초저주파, 20,000Hz 이 상의 음파는 초음파라고 한다.
그림 4. 음파의 특성 그림 5. 음파의 분류
소리에는 음파를 특징지어주는 소리의 세기, 높낮이, 맵시를 소리의 2요소라고 한다. 소리의 세기는 소리 파동의 진폭이라고 볼 수 있다. 음파의 진폭이 클수록 큰 소리가 나고, 진폭이 작을수록 작은 소리가 발생한다. 그리고 소리의 높낮이는 음파의 주기, 즉, 주파수가 결정한다.
주기가 짧을수록 높은 주파수가 나고 주파수가 높을수록 높은 음의 소리가 발생한다. 소리의 3요소 중 마지막은 소리의 맵시이다. 맵시는 소리의 파형을 말한다. 이 뜻은 소리의 세기와 높낮이가 갖더라도 다른 악기나 다른 것으로부터 소리가 발생하면 전혀 다른 형태의 소리가 발생한다는 것이다.
그림 6. 소리의 3요소
소리에서는 반사, 굴절, 회절이 모두 나타난다. 공기와 물의 경계처럼 성질이 다른 두 물질의 경계면에 음파가 도달하면, 일부는 물질 속으로 들어가고 나머지는 반사된다. 이때의 반사·
굴절 방법은 원리적으로는 빛의 경우와 동일한 법칙에 따르지만, 음파가 미터 단위로 측정할 수 있을 정도의 긴 파장이기 때문에 빛의 경우와 큰 차이가 난다. 예를 들면, 상당히 큰 반사 면이 아니면 소리를 충분히 반사시킬 수 없다. 또, 소리가 장애물에 부딪쳤을 때 그 뒤쪽으로 돌아 들어가는 현상(회절)도 뚜렷하며, 상당히 큰 물체도 소리를 차단하기는 어렵다. 즉, 소리 는 빛 등에 비해서 지향성이 약한 파동이며, 이로 인해서 바다의 깊이를 측정하는 일 등에 사 용되었으나, 근년에는 음파보다 지향성이 강한 초음파가 이 방면에 사용되고 있다. 한편, 소리 가 물질의 경계면에 도달했을 때 얼마만한 부분이 다른 물질 속으로 들어가는가는 양쪽 물질 의 밀도와 그 속에서의 음속의 곱의 상대관계에 의해서 결정되며, 그 차가 클수록 반사율은 크고 물질 속으로 들어가는 비율은 작아진다. 예를 들어 공기 속을 전파해온 소리가 물속으로 들어가는 확률은, 경계면에 수직으로 들어갔을 때도 12% 정도이고, 물에서 강철로 전파했을 때도 13% 안팎이다. 또 같은 공기라도 가는 관 안의 공기와 관 밖의 공기에서는 관구 부근에 서 그 곱의 값이 갑자기 변하는 조건이 있어 그대로는 관 안에서 발생한 소리가 효율적으로 밖으로 나오지 않는다. 금관악기 등에서는 나팔을 붙여서 이 차를 점진적으로 바꾸어 관 안에 서 밖으로 소리가 잘 나올 수 있게 되어 있다. 소리에 대한 물체의 성질 중 실용적인 면에서 중요한 것은 흡음성과 차음성이다. 이 중에서 흡음성이란 그 물체에 도달한 소리를 약하게 해 서 반사하는 성질이며, 특히 유리섬유나 암면 등 다공성 물질은 이 성질이 풍부하다. 또 얇은 금속판이나 합판 등은 단단한 벽에 밀착시켰을 때는 흡음성이 약하지만, 벽에서 어느 정도 사 이를 두어 벽 사이에 공기층을 만들면 공기층이 용수철 같은 작용을 하여 소리의 에너지를 소모시키므로 흡음성이 커진다. 그러나 물질의 흡음성은 소리의 주파수나 입사각에 따라 차이 가 나는데, 예를 들어 다공성인 흡음재는 주파수가 비교적 높은 소리에는 유효하나, 주파수가 낮은 소리에 대해서는 두께를 상당히 늘이지 않으면 효과가 적다. 흡음성의 정도를 흡음률이 라고 한다. 흡음률 1이란 활짝 열어젖힌 창문처럼 소리가 아무런 방해를 받지 않고 지나가는 것을 말하고, 흡음률 0.1이란 90%가 반사되는 것을 뜻한다. 한편, 차음성이란 그 물체에 들어 온 소리를 차단하여 투과시키지 않는 성질을 말하며, 차음성의 정도 즉 차음률은 내부에 작은 구멍이 뚫려 있지 않는 한 그 물체(예를 들면 벽)의 단위면적당의 무게를 늘림으로써 증가한
다. 이런 점에서 두껍고 무거운 벽은 차음률이 우수하다고 할 수 있다. 그러나 보통의 일중벽 에서 음압레벨을 30dB 감소시키고자 하면 1m2당 5kg 정도, 40dB 감소시키고자 하면 1m2당 70kg이나 재료가 필요하므로 고도의 차음성을 일중벽에서 얻기는 어렵다. 따라서 아주 작은 소리라도 방해가 되는 무향실이나 방송 스튜디오 등에는 적당한 공간을 둔 다중벽을 사용하 여, 다중벽에 의한 차음효과의 중복과 그 사이에 있는 공기에 의해 소리의 에너지를 소모시킴 으로써 소리를 차단하는 방법을 취하고 있다. 같은 주파수를 지닌 음파가 겹치면, 어떤 때는 음파의 압축부와 압축부가 겹쳐서 소리가 강해지고, 어떤 때는 압축부와 팽창부가 겹쳐서 소 리가 약해진다. 이것을 소리의 간섭이라고 한다. 이것은 음향 기기에서 문제가 되는 현상인데, 예를 들어 스테레오용의 스피커 캐비닛에서는 스피커의 뒷면에서 나온 소리가 앞쪽으로 돌아 나와서 전면에서 나오는 소리를 약하게 하므로, 양쪽 소리의 압축부와 압축부가 겹쳐서 서로 소리를 증강하도록 캐비닛의 구조를 특별히 만든 것도 있다. 한편, 소리가 울리는 현상은 진 동수가 약간 다른 두 소리의 간섭에 의한 것이며, 1초 동안의 울림 수는 두 소리의 주파수의 차와 같아진다. 또, 소리의 공명이란 물체가 스스로 낼 수 있는 소리의 주파수 즉 고유진동수 와 같은 주파수의 소리를 만나 저절로 울리는 현상을 말한다. 관악기는 이것을 이용한 것인 데, 관구를 세게 불어 공기의 소용돌이를 일으키거나, 관구 가까이에 단 리드를 불어서 공기 를 진동시켜 이것을 관 안의 기주에 공명시켜서 소리를 내는 구조로 되어 있다. 이와 같은 소 리의 특징과 성질이 마이크나 스피커를 이용할 수 있게 만들고 우리 인간이 이용가능 하도록 만든다.
7. 전압
물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 것처럼 전하는 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다. 이때 전위의 차이가 전압이다. 즉, 전압은 도체 내에 있는 두 점 사이의 전기적인 위치에너지차이. 전위차이다. 낮은 곳보다 높은 곳에서 떨어지는 물이 더 많은 에너지를 갖고 있듯이, 전압이 클수록(전위차가 클수록) 더 많은 전기에너지를 갖고 있다. 그리고 높이 차이 가 없으면 물이 흐르지 않듯이 전압이 0이라면 전류가 흐르지 않는다. 도체의 내부에 전위차 를 만들고 전하가 이동해 전류를 통하게 하는 원동력을 기전력이라 한다. 전기회로에 전위차 를 발생시키는 것을 '전압을 가한다'라고 표현한다. 직류의 경우 전압의 방향과 크기를 쉽게 정할 수 있지만, 교류는 그 크기와 방향이 끊임없이 변한다. 그래서 전압의 순간값을 제곱하 여 평균을 구하고 그 제곱근을 교류전압의 실효값으로 정한다.
8. 전류
물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르듯이 전하는 전기적인 위치에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다. 물이 흐르는 이유가 중력 때문이라면 전류는 기전력이라는 힘에 의해 흐른다.
전류가 흐르는 길을 전기회로라 하며, 이는 물이 흐르는 수로에 대응된다. 그리고 전류에 의 하여 에너지를 공급받는 장치를 부하라 하고, 이것은 물에 의해 돌게 되는 물레방아에 대응된 다. 즉 전류는 전기의 흐름이라고 할 수 있다. 전류의 크기를 나타내는 단위는 A(암페어)이다.
1A는 도선의 임의의 단면적을 1초 동안 1C(쿨롱)의 전하가 통과할 때의 크기다. 전류의 방향은
정전하(정지한 전하, 양전하)의 이동방향을 양(+)의 방향으로 정한다. 그러나 실제로 도선 안에 서는 전류의 반대방향으로 자유전자가 이동한다. 1A의 전류가 흐르는 도선에는 1초에 약 6.25×1018개의 자유전자가 단면적을 통과한다. 전류의 종류에는 그 크기 및 방향이 변하지 않는 직류와 크기와 방향이 주기적으로 변하는 교류가 있다.
9. 직류
직류는 흐르는 방향과 크기가 일정한 전류를 칭하는 경우가 많으나 넓은 의미로는 일정한 방향으로 흐르는 전류를 말한다. 그리고 전류의 방향은 일정하지만 크기가 변하는 경우를 맥 동전류로 구분 짓는다. 정류기나 전압 조정기를 통해 출력되는 직류의 전압은 거의 변화가 없 지만 전류의 크기는 변하기도 한다. 전화선상에서 목소리 신호가 규칙적으로 요동하는 것과 같이 직류전압이 시간에 따라 변하는 전류를 직류라 칭하기도 하는데, 이때는 극성이 일정한 전류라는 의미를 갖는다. 전지에서의 전류에서와 같이 항상 일정한 방향으로 흐르는 전류를 직류전류라 한다. 약칭하여 보통 DC로 쓴다.
10. 교류
교류 전류는 시간에 따라 크기와 방향이 주기적으로 변하는 전류로서 보통 AC로 표시한다.
사인파형이 가장 전형적이며 사각파나 삼각파 등으로 변형이 가능하다. 전류 흐름의 방향이 일정한 직류와 여러 다른 성질을 갖고 있다. 영구자석에 의해 형성된 자기장 내에서 폐회로를 일정한 속도로 회전시키면 코일을 지나는 자속이 주기적으로 변한다. 이때 패러데이 법칙에 따라 자기장에 수직한 코일의 부분에 시간에 따라 주기적으로 방향이 바뀌는 유도기전력이 발생한다. 유도기전력이 곧 교류전압이며 교류전압에 의하여 시간에 대해 사인함수로 변화하는 교류전류가 발생된다. 교류전류는 주기적으로 변하므로 순간적인 값을 측정하기 곤란하고, 평 균값도 0이 되므로 1주기에 대하여 교류의 전압 또는 전류의 제곱의 평균값의 제곱근을 취한 실효값으로 전류 또는 전압의 세기를 표시한다. 교류는 전기화학적 작용이 적어서 도선의 부 식이 쉽게 일어나지 않는 장점이 있다. 그리고 변압기를 이용하여 간단히 전압을 변경할 수 있으며, 전류가 자연히 0으로 되는 점이 1주기에 2회 있어서, 회로의 차단이 용이하다. 그러나 리액턴스의 작용에 의해 송전가능거리가 한정되고 전압강하도 커져서 송전손실도 커진다는 단점이 있다. 또한 같은 값의 실효값에 대해 파고값이 높아서, 큰 절연내력·순시전류용량이 필요하다. 전자회로나 직류 모터 등 직류를 이용해야 하는 것은 정류기 등의 변환장치를 필요로 한다.
그림 7. 직류와 교류
11. 정류기
주기적으로 양과 음 두 가지 방향으로 변화하는 교류전류를 한 가지 방향만 갖는 직류전류로 변환시키는 소자나 장치이다. 정류기는 순방향 저항은 작고 역방향 저항은 충분히 커서 한쪽 방향으로만 전류를 통과시키는 정류 작용이 가능하다. 즉, 가해지는 전압의 방향에 따라 전류가 순조로이 잘 흐르는 순방향과 전류가 거의 흐르지 않는 역방향이 구별되는 특성을 말한다. 다이 오드와 같은 소자 한 개로도 정류가 가능하지만 효과적인 정류를 위해서 보통 회로 상에 여러 개의 소자를 특정하게 배열하여 사용한다. 한국전력에서 공급하는 전류는 교류이고 우리가 사 용하는 전자기기는 직류에서 작동하므로 모든 전원장치나 전자제품에 정류기가 포함되어 있다.
사용되는 종류는 다양하지만, 정류작용이 일어나는 원리에 따라 구분하면 반도체 정류기와 전 자관 정류기, 기계적 정류기로 구분할 수 있다. 반도체 정류기는 실리콘·셀레늄·아산화구리 등에서와 같이 반도체와 금속, 또는 두 종류의 반도체의 접합 부근에서 정류작용이 일어난다.
전위차가 나는 두 개의 단자로 구성되어 있으며, 접합 부근에는 전압이 가해지지 않은 상태에 서 전위 장벽이 존재한다. 전위가 낮은 단자에 전원의 음극이 연결되고 전위가 높은 단자에 양극이 연결되면(순방향) 전위장벽이 낮아져 전류가 잘 흐르게 된다. 반대로 연결될 경우는 전위장벽이 높아져 저항이 무한대로 커지게 되어(역방향) 전류가 흐르지 못하게 된다. 이런 과정을 통해 한 쪽 방향의 전류만 통과하여 정류가 된다.
12. 축전기
두 도체 판 사이에 두고 전압을 걸면 음극에는 (-)전하가, 양극에는 (+)전하가 같은 크기로 모인다. 이때 모이는 전하량은 전압에 비례한다. 축전기는 이런 원리를 이용하여 전자회로에서 전하를 충전하거나 방전하는 역할을 한다. 보통 2장의 서로 절연된 금속판 또는 도체 판을 전극 으로 하고 그 사이에 절연체 또는 유전체를 넣는다. 이상적인 평행판 축전기의 경우, 축전기의 전기용량 C의 크기는 전극의 면적 A에 비례하고, 전극 사이의 거리 d에 반비례한다. 전극 사이의 유전체의 유전율을 ε(엡실론)이라고 하면, 전기용량 C는 아래 관계가 성립한다.
따라서 전극의 표면적이 클수록, 간격이 좁을수록, 또 유전체의 유전율이 클수록 전기용량이 커진다. 하지만 간격이 지나치게 좁거나 전압이 지나치게 높으면 절연체의 절연이 파괴되어 방전이 일어나므로 주의해야 한다. 이는 전극 사이의 간격을 무한히 작게 만들 수 없다는 것을 뜻한다. 그러므로 유전체의 절연파괴전압이 견디는 한도에서 간격을 최대한 작게 하고, 같은 부피에서 면적을 최대한 크게 하면 크기는 작지만 큰 용량을 가진 축전기를 만들 수 있다. 축 전기에 직류전압을 가하면 전하가 완전히 충전될 때까지 아주 짧은 시간동안 전류가 흐르고 더이상 전류가 흐르지 않는다. 이때 전기용량을 C, 전압을 V라고 할 때 충전된 전하량 Q는 Q=CV로 주어진다. 그리고 축전기에 저장되는 전기에너지는 U는 다음과 같이 주어진다.
축전기의 종류에는 3가지가 있다. 첫 번째로 진공 축전기는 유전체를 사용하지 않고 진공관과 같은 진공용기 속에 전극을 마주 놓은 축전기이다. 진공 속에서는 글로방전이 발생하지 않고 대기 속의 습도·탄산가스 등의 영향이 없으므로 내전압이 높고 안정하다. 따라서 전극 사이 거리를 좁힐 수 있으며, 소형으로 큰 용량을 얻을 수 있다. 또 높은 주파수라도 손실이 적고 안정하므로 송신기와 같은 고주파의 대 전력에 적합하여 많이 사용한다. 구조는 고정용량 형 과 가변용량 형이 있다. 대 전력에 사용할 때는 축전지의 바깥쪽을 접지 쪽으로 해서 사용하는 편이 좋다. 두 번째는 공기 축전기이다. 공기 축전기는 유전체로서 공기 자체를 사용하는 축전기이다. 밀봉하여 건조공기를 충전하면 시간에 따른 변화가 적으므로 표준용으로 사용한다.
휴대용 이외의 라디오 AM수신기에 가변용량 형 공기축전기가 사용된다. 얇은 판으로 된 금속 극판이 공기 속의 음향으로 진동하면 두 금속판 사이 거리가 달라져 용량 값이 변동한다.
이것을 억제하기 위해 보통 극판을 상호 결합해서 기계적 강도를 크게 한다. 마지막으로 금속화 종이 축전기는 파라핀 등을 스며들게 한 얇은 종이의 한쪽 면에 아연·알루미늄 등의 금속을 높은 진공 속에서 증발시켜 부착시킨 금속화종이를 2장을 포개서 감은 축전기이다. MP콘덴서 라고도 한다. 얇은 금속막이 전극이 되고 그 사이에 1장의 종이가 절연물로서 끼워져 여러 층 으로 쌓인 구조의 축전기가 된다. 전극이 얇고 원통으로 감은 구조로 표면적이 넓어서 소형 축전기를 만들기 쉽다. 전자부품에 쓰는 원통형 축전기는 이 방식을 사용한다. 하지만 전극이 대단히 얇기 때문에 종이의 작은 구멍에서 절연파괴가 일어나기 쉽다.
그림 8. 축전기의 연결
13. 저항
도체가 전류가 흐르는 것을 방해하는 작용을 말하며, 단위는 옴(기호 Ω)이다. 1Ω이란 1A의 전류가 흐르는 도체의 2점간 전압이 1V일 때 그 2점간의 저항을 말한다. 저항의 값은 도체의 재질이나 치수에 의해 정해지는 외에 온도에 의해서도 변화한다. 저항 R은 길이 l에 비례하고 단면적 S에 반비례한다.
그림 9. 저항의 크기
14. 저항률
전선 등의 도체 재료(동·알루미늄·은 등)가 가지고 있는 고유 저항을 저항률 또는 고유 저항이라 한다. 단위는 [Ωmm2/m]가 일반적으로 사용되고 있으며, 도체의 길이 1m, 단면적 1mm2당 저항의 의미이다. 예를 들어 동은 0.0172[Ωmm2/m]이며 알루미늄은 0.026[Ωmm2/m]
이다. 저항률에서 전선의 저항을 구할 때는
여기에서, ρ은 ‘로’로 읽으며 저항률을 나타낸다.
15. 옴의 법칙
옴의 법칙이란 회로의 저항Ｒ에 흐르는 전류Ｉ는 저항의 양끝에 가해진 전압Ｅ에 비례하고 저항Ｒ에 반비례한다는 법칙이다. 이 법칙은 직류, 교류 어느 쪽 회로에도 적용되지만 비 직 선 회로의 경우는 Ｒ대신에 임피던스를 사용하며, 전압, 전류는 순시값, 최대값의 어느 것이라 도 좋다. 전압, 전류, 저항 사이에는 다음과 같은 관계가 있다.
16. 저항의 합성
전구는 일종의 저항이다. 저항을 접속하려면 직렬접속이나 병렬접속과 같이 세로로 접속하는 경우와 가로로 접속하는 경우 등이 있다.
가. 직렬접속
그림 10. 저항의 직렬 연결
나. 병렬접속
그림 11. 저항의 병렬 연결
17. 전력
1V(볼트)의 전압은 1쿨롱(C)의 전기량이 1J의 일을 할 수 있는 전기 에너지를 나타낸다.
그리고 1A의 전류는 1초에 1C의 전하량이 지나가는 전류의 세기이다. 따라서 1V의 전위차에 1A의 전류가 흐르면 매초 1J의 일을 하게 된다. 1초에 1J의 일을 하는 것을 1W(와트)라고 정의하고 있다. 따라서 전류가 흘렀을 때 1초 동안에 하는 일의 양은 전류와 전압을 곱하면 쉽게 구할 수 있다. 전류가 1초 동안에 하는 일의 양을 전력이라고 한다.
18. 코일
도선을 고리 모양으로 한 것, 강선을 감아서 만든 코일 스프링, 냉각 및 방열용의 나사선형 으로 감은 관 등이 있다. 전기회로에서는 그 기본적인 상수의 하나인 인덕턴스를 실현하는 구 체적인 부품이며, 구리 또는 알루미늄과 같은 전도성이 좋은 선재를 절연성 재료로 피복하여 통형 또는 나사선형으로 감은 것이다. 속에 철심을 넣은 것, 또는 공심인 것이 있는데 모두 전류의 에너지를 자속이라는 자기 에너지로 변환하는 역할을 지니고 있다. 또 프린트 기판 위에 나선상으로 사진부식에 의해 만들 때도 있다. 발전기나 변압기 등 에너지 변환에 사용하는 철 심이 든 코일은 리액터라고도 하며, 그 기계적 강도나 대 전류에 의한 방열이 큰 문제가 된다.
한편, 라디오 ·텔레비전 등 전자회로에 사용하는 코일은 적당한 정전용량을 가진 콘덴서와 조합하여 공진 작용을 일으키는 데 쓰인다. 그 종류로는 크게 세 가지로 나눌 수 있다. 첫 번 째로는 공심코일이다. 전선을 원통 형태로 감아서 원통 내부가 비어 있거나 베이클라이드같은 비자성체로 전선을 보관 유지하는 코일이다. 내구력이 크고 유도 계수가 작기 때문에 주로 고 주파용으로 사용된다. 주위의 물체나 코일의 간격으로 인하여 유도 계수가 변동되기 쉽다.
그리고 원형판 주위에 홀 수각으로 깎아서 전선을 감은 평면상의 코일이 있으며 이것은 거미 집의 형태와 비슷해서 스파이더 코일이라고 불린다. 두 번째는 코어 코일이다. 막대기형, E자형, 북 모양 같은 코어에 권선을 감은 코일이다. 코일의 재질은 페라이트를 이용하는 것이 많다.
저항기와 같은 직선 모양의 양단에 리드선이 나와 있는 코일의 형식이 있으며, 이를 마이크로 인덕터라 부른다. 고주파용 코일은 원통형 보빈에 전선을 감아서 내부 코어를 드라이버로 움직여서 유도 계수를 조정하는 것도 있다. 대전류 전원 회로는 변압기와 같은 규소강판도 사용되며 이를 초크 코일이라고 부른다. 세 번째 코일은 원환 코일이다. 원환 꼴의 강자성체에
권선을 감은 코일이다.이것에 이용하는 도넛형의 코어를 토로이덜 코어라 부르며, 단독으로 시판되고 있다. 코어의 투자율에 의해서 구분된 권수와 유도 계수의 관계를 나타내는 도표는 제조사에서 공개하고 있다. 코일의 권수는 도넛 구멍을 지나는 전선수를 의미한다. 주위 물체의 영향을 받지 않고 누설 자속이 적으며 유도 계수의 안정성 및 재생성이 높아서 고주파 회로에 널리 사용된다. 링 코일이라고도 불린다.
그림 12. 코일의 종류
또 인덕턴스 값은 어떤 범위 내에서 감은 횟수의 제곱에 거의 비례하지만 많은 제약을 받는다.
코일의 인덕턴스와 단면적, 감긴 수에 관한 식은 페러데이의 전자기유도법칙에 의해 유도 될 수 있다.
위 식은 자체유도, 즉, 코일에 유도되는 전압은 코일 자신에 흐르는 전류의 변화를 방해하는 방향으로 걸리며, 시간에 따른 전류의 변화율이 클수록 유도되는 전압도 크다는 의미를 갖는다.
19. 방음벽
소리를 차단하기 위해 설치한 벽은 모두 방음벽이라 한다. 이는 주로 소음의 차단이 목적이기 때문에 소음이 발생하는 위치에서 그 소음을 듣는 사람이 있는 장소 사이에 설치하며, 도로 옆에 설치하는 대형 방음벽 등이 대표적이다. 소리는 파동의 형태로 전달되기 때문에 파동의 운동 법칙을 고려해서 방음벽을 제작하게 되며, 때문에 높이를 높게 만들거나 두께를 두껍게 만드는 것이 일반적이다. 또한 음파를 흡수할 수 있는 특수한 재료를 사용해서 제작하기도 한다.
방음벽은 다음과 같은 요소를 고려해서 제작한다. 소리를 차단하기 위해 설치한 벽은 모두 방음벽이라 한다. 이는 주로 소음의 차단이 목적이기 때문에 소음이 발생하는 위치에서 그 소음을 듣는 사람이 있는 장소 사이에 설치하며, 도로 옆에 설치하는 대형 방음벽 등이 대표 적이다. 소리는 파동의 형태로 전달되기 때문에 파동의 운동 법칙을 고려해서 방음벽을 제작 하게 되며, 때문에 높이를 높게 만들거나 두께를 두껍게 만드는 것이 일반적이다. 또한 음파를 흡수할 수 있는 특수한 재료를 사용해서 제작하기도 한다. 음은 표면이 거칠거나 공극(연속 기포)이 많은 재질 벽에 접촉하면 크게 흡수된다. 소리 에너지가 공극에서 공명현상을 일으킬 때, 공기입자와 재질의 마찰에 의하여 소리 에너지가 열에너지로 변환되기 때문이다. 이러한 소리 에너지의 감소를 이용해서 만든 재료를 흡음재라고 한다. 일반적으로 사용되는 흡음재는 소리 에너지의 70% 이상을 흡수한다. 이처럼 방음벽의 표면에 닿은 소리의 일부는 흡음재에 흡수 되고, 나머지는 반사되거나 방음벽을 통과하여 계속 나아간다. 따라서 소음을 줄이기 위해
흡음재의 이용 이외에도 단순히 물리적인 높이나 두께의 증가 등을 이용하여 소리가 장애물 뒤로 전달되는 회절 현상을 막기도 한다. 이를 회절 감쇠 효과라고 한다.
그림 13. 방음벽 박음 원리
20. 발전 기능을 갖는 스피커 시스템
스피커 등의 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 배터리를 충전함으로써 배터리 사용 시간을 증가시키고 자체 발전 및 충전이 가능한 스피커 시스템을 제공한다. 본 발명에 따른 스피커 시스템은, 입력된 음향 신호를 증폭하는 증폭기와, 증폭된 음향 신호를 재생하는 스피커와, 스피커의 진동에 대응하는 교류 전류를 출력하는 마이크로폰과, 마이크로폰으로부터 출력된 교류 전류를 직류 전류로 정류하는 정류기, 및 정류기에 의해 정류된 전류를 배터리에 충전 가능하도록 제어하는 제어회로를 포함하여 이루어진다.
그림 14. 발전 스피커
실제 우리 연구 주제와 가장 비슷한 선행연구이다. 우리는 이 연구를 보면서 우리의 원래의 목표였던 전기를 생산하고 충전하여 전구를 켜는 방법에 회로와 같은 연결방법 같은 것이 실현 가능성이 있는지를 알 수 있었고, 이를 통해 좀 더 정확하고 정교한 회로 연결방법 연구에 방향제시와 같은 역할을 할 수 있었다.
21. 태양광 발전 기능을 갖는 방음벽
본 발명은 도로, 철도 주변에 설치되어 소음을 방지하는 방음벽에 관한 것으로서, 방음벽의 상부에 태양광 발전장치를 설치하여 추가적인 비용의 소비 없이 전기를 발전시킬 수 있도록 하고, 태양광 발전장치에 방음기능을 갖도록 하여 태양광 발전장치에 높이만큼 방음성능을 높일 수 있으며, 태양광 발전장치의 설치에 필요한 토지를 구매하지 않아도 되며, 전력의 소비지역과
가깝고 일조량을 많이 확보할 수 있는 태양광 발전 기능을 갖는 방음벽을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 발전 기능을 갖는 방음 벽은 소음이 발생하는 지역에 설치되는 지주 및 상기 지주 사이에 설치되는 방음패널로 이루 어져 주변을 소음을 차단하는 방음벽에 있어서, 상기 방음벽의 상부에 태양광에 의해 전기를 발생시켜 전기장치로 공급하는 태양광 발전장치가 설치된다. 이는 기존의 방음벽에 태양광 발전을 설치하는 것이므로 효과적인 공간 활용이 가능하고 친환경적인 연구이다.
그림 15. 태양광 방음벽
22. 풍력발전 방음벽
본 발명은 도로, 철도 주변에 설치되어 소음을 방지하는 방음벽에 관한 것으로서, 방음벽의 상부에 풍력발전장치를 설치하여 방음의 기능과 함께 발전기능을 갖도록 한 것이며, 방음벽에 풍력발전장치를 설치하여 토지의 사용문제를 해결할 수 있고, 최소한의 비용으로 풍력발전장 치의 설치에 필요한 높이를 확보할 수 있으며, 전력의 소비지역과 가까워 전력의 전달효율이 높으며, 차량의 통행시 발생되는 바람에 의해 발전이 가능하므로 자연적인 바람이 불지 않더 라도 안정적인 발전이 가능한 풍력발전 방음벽을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 풍력발전 방음벽은 소음이 발생하는 지역에 설치되는 지주 및 상기 지주 사이에 설치되는 방음패널로 이루어져 주변을 소음을 차단하는 방음벽으로, 상기 방음벽의 상부에 설치되어 바람에 의해 전기를 발생하는 풍력 발전장치를 포함한다.
그림 16. 풍력 방음벽
이 연구는 우리의 연구와 유사하다. 우리의 연구는 흡음발전기를 연구하고 제작하여 방음벽에 적용시키는 것이지만, 여기서는 방음벽 상부에 풍력발전기를 설치하는 방법을 선택했다. 하지만, 우리가 제작한 흡음 발전기는 소리뿐만 아니라 미세한 공기의 이동에도 진동판을 위 아래로 흔들리게 만들어 전기가 발생되게 한다. 그리고 풍력발전기와 우리의 흡음 발전기의 가장 큰 차이점은 흡음발전기는 미세한 공기의 이동뿐만 아니라 공기의 진동인 소리에도 반응하여 발전이 가능하다는 것이다.
Ⅲ. 연구 활동 및 과정
1. 높이별 소리 측정
그림 17. 높이별 소음 측정
높이(m) 1 2 3
소리의 크기(db) 75~82 75~83 75~85
표 1. 높이별 소음 측정 결과
높이별 측정은 점점 높아질수록 소리의 크기의 최대치가 증가하기는 했으나 데시벨은 1dB 이하의 음의 강도 변화는 인간의 청력으로는 감별하기 어렵다. 그러므로 그 정도가 매우 미비하여 거의 차이가 없었다고 보았다. 또한 녹음한 도로 소음의 세기를 측정해 보았는데, 이것 또한 78~82db정도를 오락가락하였다. 측정한 높이가 너무 낮아서, 3m까지는 차이가 없어 방음벽에 부착할 발전기의 위치는 고려대상이 되지 않았다.
2. 스피커&마이크
그림 18. 스피커와 마이크 분해
가. 스피커 분해
전기 에너지를 소리 에너지로 변화 시켜 주는 스피커는 작은 전기신호를 큰 소리로 변환하는데 도움을 준다. 따라서 이것의 원리를 알고 구조를 연구에 참고하기 위하여 스피커를 분해해 보았는데 분해한 결과 스피커는 매우 강한 자석을 이용해 크기가 큰 소리를 발생 시킨다. 또한 두꺼운 진동판을 이용하였고, 두꺼운 코일을 이용하였다.
나. 마이크 분해
소리 에너지를 전기 에너지로 변환 시켜 주는 마이크를 분해해본 결과 마이크는 얇은 막을 진동판 으로 사용하여 아주 미세한 소리에도 반응하고 진동하여 전기를 만든다. 또한 얇은 코일을 사용하였 고, 스피커에 비해 작고 약한 자석을 사용하였다.
다. 스피커와 마이크의 특성 이용
스피커와 마이크를 분해해서 알게 된 특성을 이용해 발전기를 만들 때 응용을 하기로 하였다.
따라서 우리는 마이크의 얇은 막과 유사한 비닐 막을 이용하여 소리의 진동에 민감하게 반응하도록 만들기로 하였다. 또한 스피커의 특성인 강한 자석을 이용하여 반대로 매우강한 자석을 이용해 작은 진동에도 큰 전기를 얻을 수 있게 하기 위해 네오디뮴 자석을 사용하기로 하였다.
3. 1차 모델
가. 제 1차 모델 코일
그림 19. 코일 제작 과정
처음에 코일을 감기 위하여 구리선을 구입하였고 처음 코일을 제작 시에 구리선 다발을 바닥에 세워서 코일을 제작 하였지만 코일을 감기위해서 구리선을 당기다 보니 구리선 다발이 땅에 떨어져 만들고 있던 코일을 망치기 일쑤였다. 이러한 이유로 인해 생각보다 많은 시간이 소비 되었고 그래서 새로운 코일 제작 방법이 요구 되었다. 그래서 구리선 다발 가운데 있는 구멍에 긴 물체를 끼운 후 책상사이를 벌려 그 사이에 물체를 걸쳐 이러한 상태로 코일을 제작 하였다.
실험 초기에 손으로 풀에 코일을 감아 제 1차 모델에 사용하려 하였지만 시간이 많이 걸려 매우
비경제적 이었고 또한 크기도 맞지 않았다. 이후 종이를 말아 형태를 제작한 후 이 위에 코일을 감으려 하였지만 또한 역시 시간이 많이 걸려 비효율적이었다. 그래서 전동 드릴을 이용하여 일정한 크기의 코일을 제작하기로 하였고 그래서 코일을 감을 크기에 맞는 적당한 물체를 찾던 중 수수깡을 이용하기로 하였다. 하지만 수수깡은 전동 드릴에 연결 할 수 없었고 이러한 문제를 해결하기위해 손잡이 부분의 내부가 비어 있는 드라이버를 이용하여 드라이버와 전동드릴을 연결하였고 이에 이어 수수깡과 드라이버를 연결하였다. 하지만 수수깡의 재질 특성상 내구성이 너무 떨어져 자주 수수깡이 부러졌고 많은 조심성을 요구하였다. 조심하여 코일을 수수깡에 감았다 하더라도 코일을 수수깡에서 뽑는 과정에서 코일의 재질이 딱딱하지 않아 코일이 잘 빠지지 않았고 조심하여 코일을 뺏다 하더라도 코일의 형태가 망가졌다. 이러한 문제들을 해결하기 위해서 드라이버에 유연하여 코일을 형태 변형 없이 뽑을 수 있는 물체가 강구 되었고 이후 종이를 말아 원통형 물체를 만들어 코일을 제작하려 하였지만 종이의 재질 특성상 너무 약하여 빈번하게 구겨져 코일을 감을 수 없었다.
그래서 유연하지만 약간의 경도를 가지고 있는 OHP 필름을 테이프를 이용하여 속이 빈 원통 모양으 로 만든 후 드라이버와 연결하였다. OHP 필름을 이용하여 만든 코일은 형태가 자체적으로 유지되지 못하여 변화가 필요하였고 형태를 유지하기 위해서 코일의 4부분을 구리선으로 묶어 형태를 유지하 였다. 이 방법은 효과가 있어 제 1차 모델을 제작하기 위한 코일을 제작 할 수 있었다.
나. 1차 모델 제작
처음에 코일을 감기 위하여 구리선을 구입하였고 처음 코일을 제작 시에 구리선 다발을 바닥에 세워서 코일을 제작 하였지만 코일을 감기위해서 구리선을 당기다 보니 구리선 다발이 땅에 떨어져 만들고 있던 코일을 망치기 일쑤였다. 그래서 구리선 다발 가운데 있는 구멍에 긴 물체를 끼운 후 책상사이를 벌려 그 사이에 물체를 걸쳐 코일을 제작 하였다. 실험 초기에 손으로 풀에 코일을 감아 제 1차 모델에 사용하려 하였지만 시간이 많이 걸려 매우 비경제적 이었고 많은 인내심을 필요로 하였고 또한 크기도 맞지 않았다. 이후 종이를 말아 코일을 감으려 하였지만 또한 역시 시간이 많이 걸려 비경제적이었다. 그래서 전동 드릴을 이용하여 일정한 크기의 코일을 제작하기로 하였고 그래서 크기에 맞는 물체를 찾던 중 수수깡을 찾았다. 하지만 수수깡은 전동 드릴에 장착 할 수 없었고 이러한 문제를 해결하기위해 손잡이 부분이 파여 있는 드라이버를 이용하여 수수깡과 전동 드릴을 연결하였다. 하지만 수수깡의 내구성이 너무 떨어져 자주 수수깡이 부러졌고 조심하여 코일을 수수깡에 감았다 하더라도 코일을 수수깡에서 뽑는 과정에서 코일의 형태가 망가졌다. 이러 한 문제들을 해결하기 위해서 드라이버에 유연하여 코일을 형태 변형 없이 뽑을 수 있는 OHP 필름을 속이 빈 원통 모양으로 연결하였다. 이 방법은 효과가 있어 제 1차 모델을 제작 할 수 있었다.
그림 20. 코일 감는 모습
1차 모델을 만들 때 자석은 지름 0.5cm, 높이 2cm의 원통모양의 자석을 썼다. 가로 15cm 세로 15cm의 정사각형모양의 우드락 판위에 자석 4개를 붙인 후 2cm높이의 우드락 틀을 만들어 세웠다.
그 후 밑의 판과 같이 다시 가로 15cm 세로 15cm의 우드락 판을 만들어 자석의 위치에 맞게 지름 3cm의 원형구멍 4개를 뚫고, 반투명한 비닐막을 팽팽하게 펴서 붙였다. 그리고 고안해낸 코일 감는 방법을 이용하여 에나멜선을 감아 코일을 만들고, 끝부분의 선에 사포질을 하여 에나멜 코팅을 벗겨 전기가 통하게 해서 비닐막에 붙였다. 이렇게 제작한 판은 다시 세운 틀 위에 자석의 위치에 맞게 올려놓아 가로 15cm 세로 15cm 세로 2.4cm의 직육면체 모양의 1차 모델을 만들었다.
다. 1차 모델 실험
1차 모델을 만든 후, 제작한 모델에서 발전이 되는지 확인해보기 위해 소리를 발생시킨 후 발생되는 전기를 전압을 통해 확인해보기로 했다. 우선 만든 1차 모델과 멀티 테스터기를 통해 우선 코일이 멀티 테스터기와 연결되었는지 확인 후 발생되는 전류를 전압의 단위인 mV로 측정했다. 소리는 고속도로에서 발생된 소음을 녹음한 파일을 틀어서 모두 같은 소리를 내게 했고, 총 5번에 걸쳐서 실험을 했다.
그림 21. 1차 모델
실험 1 2 3 4 5 평균
전압(mV) 4.2~5.6 4.3~5.2 4.8~5.4 4.7~5.3 4.3~5.5 4.93 표 2. 1차 모델 실험 결과
1차 모델에서는 5번 실험을 했는데, 전압이 대부분 5mV부근으로 나왔으며 최대 전압은 8.4mV 까지 나왔다.
4. 연결 방법 실험
그림 22. 연결 방법 실험 모습
