재활용품을 이용한 비전력 제품 만들기

고등학교 1~3학년군[재활용]

재활용품을 이용한 비전력 제품 만들기

학교급 고등 1~3학년 구 분 학생용

착한 발명가 후지무라 야스유키

<http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=book _sense&logNo=140171748608&parentCategoryNo=&

categoryNo=&viewDate=&isShowPopularPosts=fals e&from=postView >

프롤로그 1

장마철이 되면 높은 습도로 인해 불쾌지수가 높아지고 각종 질병 또한 유발된다고 한다. 쾌적 한 환경을 위해서 제습기를 사용해 상대습도를 낮춰야 하는데, 이 때문인지 2013년 여름철 제습기 의 판매량이 전년대비 200% 신장될 정도로 급증했다. 제습기는 에어컨의 1/3 정도되는 전력으로 단 시간에 상대습도를 낮출 수 있는 전기제품이며, 효율성이 뛰어나 최근 각 가정에 한 대씩은 꼭 구비해야 하는 상품으로 인식되고 있다. 그러나 제습기에 대한 논란도 끊이지 않는다. 에어컨 보다 낮은 전력으로 사용할 수 있는 장점은 있으나 제습기 가동 시 제품에 많은 열이 발생하여 실내 온도를 높이는 단점이 있다.

제습기를 사용하는 계절이 대부분 여름이라는 점을 감안하면 습도와 온도를 모두 낮출 수 있는 에어컨과 제습기 중 어느 것이 더 효율적일까?

프롤로그 2

착한 발명가, 후지무라 야스유키

행복하게 웃으며 춤추고 살았던 아프리카 사람들 에게 언제인가부터 얼굴에 어둠이 생기기 시작했다.

문명의 혜택을 많이 받기 시작하면서 돈과 에너지를 쓰지 않으면 행복하지 않다는 생각이 점점 지배했기 때문이다. 이런 세상은 과연 행복한 것일까? 후지무 라 야스유키 박사는 이렇게 말한다. 전기를 쓰지 않 는 삶을 한 번이라도 살아본 뒤 어느 삶이 나에게, 우리 가족에게 더 행복할까를 생각해 보라고.

쇄빙선을 밀어내는 북극곰

<http://www.imaeil.com/sub_news/sub_news_vie w.php?news_id=34174&yy=2013>

프롤로그 3

제발 저리가!

어느 관광 쇄빙선이 유빙을 밀치며 북극을 여행하 던 중이었다. 어느 북극곰이 앞발로 배를 막아선 채 갑판을 향해 “저리가!” 라고 소리치는 것 같은 모습이 포착되었다. 지구온난화로 인해 빙하의 양이 감소하 여 북극곰의 생존이 위태로운 요즘, 이 사진이 우리의 마음을 먹먹하게 만든다.

이 사진을 보고 여러분들은 어떤 마음이 드나요?

생각열기

전기! 없어서는 안 될 존재! 없어서는 안 될 존재?

- 재활용품을 이용한 비전력 제품 만들기 -

언제부터 인가 우리는 전기를 쓰는 삶에 매우 익숙하다. 전기가 없는 삶은 상상하기도 힘들 정도이다. 아침에 일어나 화장실을 가 불을 켤 때도, 아침 밥을 먹기 위해 전기밥솥에 밥을 지을 때도, 반찬을 꺼내기 위해 냉장고를 열 때도... 곰곰이 생각하면 전기 없이 사는 것은 불가능 할 것 같다. 그러나 한 편으로 전기를 사용하는 것이 우리가 편한 것을 추구하기 때문은 아닐까?

라는 의문이 들기도 한다. 반대로 얘기하면 우리가 조금 불편해 진다면 굳이 전기를 꼭 쓰지 않을 수도 있다는 얘기다. 가령, 진공청소기를 사용하여 청소를 하는 것 대신 빗자루를 쓰는 것. 캡슐 커피 머신을 이용하여 커피를 만들 때 핸드 드립을 이용하여 커피를 만드는 것. 낮은

층은 엘리베이터 대신 계단을 오르는 것. 에어컨 대신 부채를 사용하는 것. 전기 제습기 대신 제습제를 이용하는 것. 한 겨울에 냉장고를 쓰는 대신 주택 외부 그늘진 곳(또는 땅 속)에 음식을 저장하는 것 등등 몸이 좀 불편해 지는 것을 감수한다면 얼마든지 전기의 사용을 줄일 수 있다는 것이다.

즉, 전기라는 것이 꼭 필요한 곳에는 적절히 쓰되, 필요하지 않은 곳이라면 조금 불편하더라도 전기를 쓰지 않는 것. 그것이 우리가 이 학습내용을 배우는 이유이다.

아래에 재밌는 두 사진이 있다. 한 쪽은 전기를 사용하는 스피커, 한 쪽은 전기를 사용하지 않는 스피커이다.

전기를 사용하는 스피커 전기를 사용하지 않는 스피커

전기를 사용하지 않고 기존의 전기 제품을 대체해 보자는 생각에서 나온 노력의 산물이다. 우리 생활 주변을 둘러보면 작은 생각의 변화로 위 그림처럼 전기 제품을 대체할 수 있는 비전력 제품을 만들 수 있을 것이라 생각된다. 지금도 늦지 않았다. 미래를 바꿀 수 있는 기회는 여러분 손에 달려 있다.

장마철의 높은 습도

생각펼치기

학습주제 재활용품을 이용한 비전력 제습기 만들기

학습목표 재활용품을 이용해 비전력 제습기를 제작하여 공기의 습도를 조절할 수 있다.

6월 중순경부터 시작되는 장마는 약 한 달 간 한반도에 비를 뿌리며 높은 습도를 유발한다.

높은 습도는 각종 세균이 번식하는데 좋은 환경을 조성하므로 그로 인한 질병이 자주 발생 한다. 이에 따라 각 가정에서는 제습기에 대한 구매력이 높아지는 현실이며 2012년에 비해 약 200%이상 매출이 신장될 정도로 가전업계 에서는 호황을 누리고 있는 상품이다.

제습기 중 ‘물먹는 ○○’라는 제품은 예전에 큰 인기를 얻었으나 재사용이 불가능하고 빠른 흡습력을 기대하기 어려워 요즘에는 전기를 이용한 제습기가 큰 인기를 얻고 있다. 그러나 전기를 이용한 제습기의 경우 장점만 있는 것은 아니다. 전기 제습기의 사용시 큰 열이 발생하여 주변의 온도를 높이고, 에어컨의 제습 능력과 비교해 시간 대비 그 효율이 떨어져 여전히 논란의 대상이 되고 있다.

어떻게 하면 전기를 사용하지 않고 제습기를 만들 수 있을까? 제습기를 만들 재료로 재활용품 을 이용할 수는 없을까? 우리 손으로 직접 재활용품을 이용한 비전력 제습기를 만들어 보자.

재활용품을 이용한 제습기 만들기

준비물

염화칼슘, 실리카겔, 페트병, 한지 또는 부직포, 고무줄

활동과정

가. 준비한 페트병을 위쪽에서 1/3 지점을 잘라 준다.

나. 뚜껑부분을 한지(또는 부직포)로 꼼꼼히 막아준다.

다. 잘라둔 각 부분을 떨어지지 않도록 붙인다.(이때, 페트병 입구부분이 안쪽으로 들어가도록 한다.) 라. 용기의 2/3정도가 차도록 염화칼슘을 부어넣고 염화칼슘이 쏟아지지 않도록 입구를 한지(또는 부직포)

로 막아준다.

※ 과학적 원리

CaCl2 + H2O(g) =>Ca2+ + 2Cl- + H2O(L) +용해열

위 화학식에서 보는 것과 같이 염화 칼슘은 공기 중의 수증기를 흡수하여 칼슘이온과 염소이온으로 물에 녹는 성질을 이용한 것이다.

1. 다양한 아이디어를 이용해 반영구적으로 사용할 수 있는 제습기를 제작해 봅시다.

2. 비전력 제품의 장․단점을 생각해 보고 단점을 보완하기 위해 어떤 노력을 해야할지 발표해 봅시다.

재활용품을 이용한 비전력 제습기 만들기 - 학습 활동지

□ 재활용품을 이용한 비전력 제습기를 제작하기 위해서 어떤 재활용품을 이용할 수 있을까요?

□ 재활용품을 이용한 비전력 제습기를 직접 설계해 봅시다. 단, Sketch-up 프로그램

을 이용하여 설계할 수 있습니다.

▷ 재활용품을 이용한 비전력 제습기 속에 포함된 과학적 원리는 무엇인가요?

□ 여러분이 제작한 제습기의 보완 사항에는 무엇이 있을까요? 또, 우리 주변에 비전력 제품에는 무엇이 있을까요? 아래에 적어보세요.

학습주제 지구의 에너지 평형 체험 – 비전력 냉장고 설계 및 제작

학습목표 지구의 에너지 평형과 지구 온난화의 과정을 이해하여 설명할 수 있다.

태양은 지금 이 순간에도 막대한 에너지를 우 주공간으로 방출하고 있으며 지구의 생명체 및 지구는 이 에너지를 이용하여 온도를 유지하고 있다. 태양이 에너지를 계속 방출할 수 있는 이유 는 수소 핵융합반응을 통해 에너지를 계속 생산 해 내기 때문이다. 지구는 태양에서 에너지를 계 속 받으면 점점 온도가 높아져야 하는데 어느 정 도의 평균 기온을 유지하며 지내왔다. 이처럼 지 구의 기온이 계속 상승하지 않는 이유는 무엇일

까? 지구의 에너지가 유지되는 자연의 원리를 이용하여 우리의 생활에 도움이 되는 발명품을 만들 수는 없을까? 생각해 보자.

재활용품을 활용한 냉장고 만들기

□ 준비물

사각형 페트병(삼다수 물병과 같이 4각으로 이루어진 페트병), 철재 1인용 사물함, 스티로폼, 끈, 아크릴판, 검정색 필름지, 알루미늄 테이프

□ 활동과정

가. 페트병에 물을 가능한 많이 채운 후(붕괴를 막기 위함) 소용돌이 마개를 이용하여 두 개씩 묶어준다.

나. 2개씩 묶인 페트병을 4쌍씩 서로 끈을 통해 단단히 지지해준다.

다. 중간에 철제 사물함을 넣고 냉장고의 모양으로 쌓아 올린다.

라. 냉장고의 옆면을 스티로폼을 잘라 막아준다.

마. 냉장고의 윗면을 여러 개의 검정색 필름지를 붙인 아크릴판을 올려 마무리해준다.

※ 과학적 원리

대류 - 두 개씩 쌍으로 묶인 페트병 속의 물이 대류를 통해 열을 위쪽으로 전달

전도 - 위쪽으로 전달된 열이 다른 페트병속의 물로 전도되어 열을 계속 순차적으로 위로 전달 복사 - 최상층의 아크릴판을 통해 복사의 형태로 열이 빠져나감(아크릴 판이 복사를 차단하면 더 좋은

물질을 찾아야 함.)

열용량 - 물의 열용량이 매우 커 순간적으로 온도가 올라가는 것을 막아줘. 낮에 온도가 높게 형성되는 것을 방지.

열평형 - 열이 들어오는 것과 나가는 것이 평형을 이루어 온도가 유지됨.

1. 제품을 설계하고 제작하는 과정에서 장단점을 서로 발표해 봅시다.

2. 성능 검증을 통해 자신의 모둠이 제작한 제품을 보완해 봅시다.

재활용품을 이용한 비전력 냉장고 만들기 - 학습 활동지

▣ 지구온난화에 대하여 알아봅시다.

지구의 에너지 평형에 관하여 그 원리를 토론하고, 그에 해당하는 메커니즘을 그림을 통해 표현해 봅시다.

<지구의 에너지 평형 원리 토론>

<지구의 에너지 평형 그림으로 표현>

지구 에너지 평형 중 어떤 부분이 깨져 지구온난화가 발생하는지 토론하고, 지구의 에너지 평형을 유지하기 위해 해야 하는 노력이 어떤 것이 있는지 알아봅시다.

<지구의 에너지 평형이 깨지는 부분>

<지구의 에너지 평형을 유지하기 위한 노력>

재활용품을 활용한 냉장고를 제작해 봅시다.

1. 전기 냉장고와 재활용품을 활용한 냉장고의 원리

예로부터 음식물을 저장하는 방법으로 염장, 건조, 냉각이 있었다. 이중 과학기술이 발전하면 서 가장 보편적인 음식 저장기술로 냉각이 사용되고 있어 집집마다 냉장고가 한 두 대씩있다. 냉장고의 원리도 전시간에 학습하였던 제습기의 원리와 크게 다르지 않다. 냉장고는 냉매제를 전기를 이용하여 순환시키며 냉장고 안의 온도를 낮추는 형태로 발명되어 사용되고 있다.

출처 : Basic 고교생을 위한 화학 용어사전, 서인호, 2002.9.30, (주)신원문화사

재활용품을 활용한 냉장고는 전기를 사용하지 않고 자연법칙을 활용하여 냉기를 유지하는 것으로 단열, 열용량, 대류, 복사등의 과학원리를 잘 활용하여 제작된 발명품이라 할 수 있다.

단열재를 통해 외부의 열기와 냉장고의 열을 차단하고, 혹시나 들어오는 열은 열용량이 큰 물에 저장하여 대류를 통해 냉장고의 윗 부분으로 모아준다. 이렇게 모인 열은 일방적인 복사가 일어나 도록 제작된 뚜껑을 통해 외부로 배출되어 냉기를 유지시켜 준다.

2. 재활용품을 활용한 냉장고를 만들어 봅시다.

<예시 1.> 재활용품을 활용한 냉장고 예시 첫 번째 사례

(출처 : 후지무라 야스유키 공식 홈페이지)

가. 작품모습

나. 작품원리

냉장고의 저장실은 열전도율이 높은 금속으로 만들고, 저장실 주변에는 물을 약 2,000L정도 채운다.

물의 상부는 방열판의 하부와 접하고 있어 에너지 전달이 용이하며 방열판은 복사가 일어나기 쉬운 재료로 만든다. 또한 방열판은 복수의 투명판으로 덮어 공기에 의한 열출입을 막아준다. 물의 주변 또한 단열재로 덮어 공기로 인한 열을 차단한다. 이렇게 구성된 냉장고는 저장물의 열은 저장실의 금속을 통해 물로 전달되며 물은 대류 현상을 통해 상부로 에너지를 이동시킨다. 이동된 에너지는 복사의 형태로 빠져나가게 된다. 냉장고는 가능하면 직사광선이 비치치 않는 그늘 및에 설치하며 복사가 잘 일어날 수 있도록 냉장고의 위는 물체가 없는 곳에 설치한다. 이렇게 하면 냉장고의 온도가 약 7~8℃정도로 유지된다.

다. 과학적 원리

대류 - 두 개씩 쌍으로 묶인 페트병 속의 물이 대류를 통해 열을 위쪽으로 전달.

전도 - 위쪽으로 전달된 열이 다른 페트병속의 물로 전도되어 열을 계속 순차적으로 위로 전달

복사 - 최상층의 아크릴판을 통해 복사의 형태로 열이 빠져나감(아크릴 판이 복사를 차단하면 더 좋은 물질을 찾아야 함.)

열용량 - 물의 열용량이 매우 커 순간적으로 온도가 올라가는 것을 막아줘. 낮에 온도가 높게 형성되는 것을 방지.

열평형 - 열이 들어오는 것과 나가는 것이 평형을 이루어 온도가 유지됨.

<예시 2.> 재활용품을 이용한 비전력 냉장고

사각형 페트병(삼다수 물병과 같이 4각으로 이루어진 페트병), 철재 1인용 사물함, 스티로폼, 끈, 아크릴판, 검정색 필름지, 소용돌이 만들기 마개

나. 만드는 과정

1) 페트병에 물을 가능한 많이 채운 후(붕괴를 막기 위함) 소용돌이 마개를 이용하여 두 개씩 묶어준다.

2) 2개씩 묶인 페트병을 4쌍씩 서로 끈을 통해 단단히 지지해준다.

3) 중간에 철제 사물함을 넣고 냉장고의 모양으로 쌓아 올린다.

4) 냉장고의 옆면을 스티로폼을 잘라 막아준다.

5) 냉장고의 윗면을 여러 개의 검정색 필름지를 붙인 아크릴판을 올려 마무리해준다.

다. 과학적 원리

대류 - 두 개씩 쌍으로 묶인 페트병 속의 물이 대류를 통해 열을 위쪽으로 전달.

전도 - 위쪽으로 전달된 열이 다른 페트병속의 물로 전도되어 열을 계속 순차적으로 위로 전달

열용량 - 물의 열용량이 매우 커 순간적으로 온도가 올라가는 것을 막아줘. 낮에 온도가 높게 형성되는 것을 방지.

열평형 - 열이 들어오는 것과 나가는 것이 평형을 이루어 온도가 유지됨.

① 냉장고 주변을 감싸는 물이 든 페트병 제작

②페트병을 알루미늄 테이프로 연결하기

③연결된 페트병 위에 철제 사물함 올리기

④냉장고의 옆 벽면에 페트병 붙이기

⑦철제 사물함 주변을 에어캡 비닐로 감싸기

⑧냉장고 외벽의 스티로폼 재단하기

⑨냉장고 외벽에 스티로폼 붙이기

비전력 냉장고 완성 ①

비전력 냉장고 완성②

비전력 냉장고 내부의 모습

3. 재활용품을 활용한 냉장고의 성능을 검증해 봅시다.

<냉장고의 성능을 검증할 수 있는 실험 설계-그림, 글 등을 이용하여 자유롭게 설계>

<예상되는 결과>

4. 실험 결과 정리

<실험 방법 정리>

<실험 결과>

5. 제작된 냉장고의 활용 범위를 구상해 봅시다.

- 재활용품을 이용한 비전력 냉장고가 쓰일 수 있는 지역, 장소(국가)를 생각해 보고, 이 제품이 적정기술과는 어떤 연관성이 있을지 함께 생각해 봅시다.

학습주제 지구의 위기 환경오염과 문화 공동체

학습목표 환경오염을 알고 해결방안을 문화 공동체적 의식으로 찾아본다.

지구는 인간의 삶을 풍요롭게 하려는 욕망에 의해 병들어 가고 있다. 대기, 해양, 토양등 지구의 모든 부분이 오염되고 있어 인간 뿐아니라 지구상에 살고 있는 다른 생명들에게도 엄청난 피해를 주고 있는 실정이다. 이런 오염의 문제를 인식하고 있지만 다양한 계층의 사람들의 이해관계가 복잡하게 얽혀있어 단순하게 문제를 해결하기도 어렵다. 환경오염의 원인은 무엇이며 이를 해결 하기 위해선 어떤 노력이 필요할까?

환경오염 사례 조사 및 신문기사 만들기

각 조별 환경 오염 사례를 조사하고 어떠한 계층간의 문제가 얽혀 있는지 토론해보자. 토론된 내용을 바탕으로 각 계층별로 어떠한 입장인지 신문기사를 제작하여 밝혀본다.

<신문제작 방법>

가. 신문의 제호(題號)와 주제를 정한다.

나. 취재, 편집을 담당한 사람을 나눈다.

다. 지면의 양과 그 안에 들어갈 기사의 내용을 정한다.

라. 취재를 하고, 기사를 쓴다. 이 때 기사는 육하원칙에 맞춰 작성한 뒤 돌려보면서 잘못된 내용이 없는지 확인하고, 오자ㆍ탈자를 바로잡는다.

마. 기사와 사진을 모아 편집을 하고, 제목을 단다.

바. 편집이 완료된 지면을 꼼꼼히 살펴보면서 오류(誤謬)를 찾아낸다.

사. 인쇄한다.

조별로 신문을 돌려보며 여러 공동체간의 입장을 확인하고 공동체 문화를 형성한다.

1. 환경오염의 과정을 과학적으로 설명해 봅시다.

2. 신문기사로 표현된 내용중 왜곡이나 지나치게 한쪽으로 치우친 것은 없는지 살펴봅시다.

3. 환경오염을 해결할 수 있는 방법 중 재활용품 사용이 어떤 환경오염을 줄일 수 있는지 생각해 봅시다.

환경오염에 관한 과학적 접근과 신문기사 만들기 - 학습 활동지

▣ 환경오염의 종류를 조사해 보고 그것과 관련된 환경오염과정을 과학적으로 설명하여 봅시다.

▣ 환경오염을 일으킨 주된 공동체는 누구이며 그 입장을 서술하여 봅시다.

- 환경오염을 일으킨 주체의 입장에서 그들의 행동을 옹호하는 주장을 서술합니다.

▣ 피해를 받는 대상은 누구이며 입장을 서술하여 봅시다.

- 환경오염의 피해자 입장(사람, 동물, 식물 등)에서 그들의 행동을 옹호하는 주장을 서술합니다.

▣ 양측의 입장을 신문기사로 제작하여 학급신문을 만들어 봅시다.

생각다지기

□ 재활용품을 이용한 비전력 제습기, 냉장고를 만들어 보았습니다. 개인 또는 모둠별로 만든 제품을 친구들 앞에서 소개해 보고, 서로의 장․단점을 발표해 봅시다.

- 제품 소개 시 그 속에 숨은 과학적 원리를 함께 설명하며, 청중들은 제품에 대한 경제적 가치를 타당한 이유를 들어 산정해 봅니다.

<재활용품을 이용한 비전력 제습기>

■ 제품 소개 내용

■ 제품의 장․단점

■ 제품의 경제적 가치

<재활용품을 이용한 비전력 냉장고>

■ 제품 소개 내용

■ 제품의 장․단점

■ 제품의 경제적 가치

□ 모둠별로 조사한 환경오염에 관한 과학적 접근 내용을 보고 우리가 조사한 내용과 어떻게 다른지 비교해 봅시다.

<환경오염에 관한 과학적 접근>

■ 환경오염의 종류

■ 환경오염에 대한 과학적 접근 방법 비교

■ 과학적 접근 방법에 있어 우수한 점, 수정․보완할 점

□ 신문기사를 보고 가장 공감이 가는 모둠을 선정해 보고, 왜 그렇게 생각했는지 그 이유를 발표해 봅시다.

<재활용품을 이용한 비전력 제습기>

■ 신문기사가 가장 잘 작성된 모둠 선정

■ 어떤 점이 가장 잘 작성되었는지 그 이유를 작성해 보시오.

■ 우리 모둠에서 작성한 신문기사의 내용 중 수정․보완할 점

생각되돌아보기

우리는 지금까지 재활용품을 이용한 비전력 제품을 설계․제작해 보았습니다. 제습기, 냉장고 말고도 다양한 전기제품들을 비전력으로 구현할 수 있습니다. 아래의 그림은 후지무라 야스유키 박사의 또 다른 비전력 제품들입니다. 이 그림을 참고하여 주변의 어떠한 물건을 비전력 제품으로 만들 수 있는지 생각해 보고 간단히 그림으로 표현해 보세요.

비전력 정수기 비전력 정미기 비전력 제습기

비전력 왕겨 주택 비전력 왕겨 주택 비전력 온실

<출처 : 비전력 공방, 슬로우 라이프를 가다! >

<나만의 비전력 제품 표현하기>

<나만의 비전력 제품 소개>

■ 이 제품을 비전력으로 만들고 싶은 이유

■ 이 제품 속에 숨은 과학적 원리

■ 이 제품이 사용될 수 있는 최적의 장소, 위치

■ 이 제품을 사용함으로써 이득을 볼 수 있는 대상(사회, 정치, 경제, 인간 등 다양한 범위에서 생각)에는 무엇이 있을까요?