목 차

(1)

(2)

(3)

목 차

0. 프로그램 요약 ··· 1

1. 주제 개요 ··· 2

2. 학습 목표 ··· 2

3. STEAM 과목 및 학습 준거 ··· 3

4. 차시별 수업 계획 총괄표 ··· 5

5. 평가 계획 ··· 6

6. 차시별 교수학습과정 ··· 7

7. 기타 자료 ··· 27

(4)

(5)

0. 프로그램 요약

주 제 명 빛의 미래, LED로 세상을 밝히다 적용 학년 초등학교 3,4학년

적용 모형 주제 중심 학습

차시 단계 소주제 주요 내용 관련

교과

1-2

문제 상황 이해

빛으로 변하는 세상

도

입 빛의 변천사

S 학

습 활 동

활동1: 빛과 우리 생활의 관계 알아보기 활동2: LED와 일반전구 비교하기

마 무 리

빛이 사라진다면?

3-4

문제 해결을

위한 활동

빛으로 보는 세상

도

입 세상을 바꾸는 LED

M, E 학

습 활 동

활동1: 우리 생활 속 LED가 활용되는 곳 찾아보기 활동2: 여러 가지 도형을 이용하여 LED생활용품 표현하기

활동3: 도전! 나도 발명가 마

무 리

LED의 현재와 그리고 과제

5~6 문제 해결

우리만의 LED세상

도

입 나만의 LED 생활용품 만들기 대회 홍보물

T,E,M, A 학

습 활 동

활동1: LED전구에 불 켜보기

활동2: LED와 도형을 이용하여 나만의 LED 생활용품 만들기

마 무 리

친구에게 내가 만든 제품 소개하기

(6)

1. 주제 개요

한 세기 이상 조명 시장을 지배했던 ‘에디슨의 등불’ 백열등이 그 빛을 잃고 있다. 그리고 백열등의 빈자리를 차지할 차세대 광원으로 LED가 주목받고 있다.

각 시장 조사 기관들은 LED 조명이 2018년까지 전체 조명 시장의 약 30% 이상 침투할 것으로 예상하고 있다. 도로, 전광판, 실내 및 실외 조명, 자동차 전조등 등 생활 속 곳곳에서 LED를 찾아볼 수 있는데, 아이들 스스로 LED를 왜 사용하 는지, 그리고 어디에서 사용되는지 자기주도 적으로 찾아보고, 나만의 LED 생활 용품을 아이들 눈높이에서 직접 만들어 봄으로써, LED를 이해하고자 한다.

2. 학습 목표

초등학교 3,4학년을 위한 ‘마음을 전하는 LED’을 주제로 한 프로그램의 학습목표는 다음과 같다.

구 분 학습 목표 관련차시

내용 목표

빛과 우리 생활 사이의 관계에 대하여 이해할 수

있다.

1-2

LED와 일반전구를 비교할 수 있다.

1-2

우리 생활 속 LED가 활용되는 곳을 찾을 수 있다.

3-4

과정 목표

여러 가지 도형을 이용하여 나만의 LED 생활용품을

그려 볼 수 있다.

3-4

LED와 여러 가지 도형을 이용하여 나만의 LED 생

활용품을 만들 수 있다.

5-6

(7)

3. STEAM 과목 및 학습 준거

STEAM 과목 요소

교과

별 영역

2007 개정 교육과정 학

년 영역 성취 기준

S 3

^{(6) 빛의}

직진 빛과 우리 생활 사이의 관계에 대하여 이해한다.

A 3-4

^{(1) 주제}

표현 자유로운 발상을 통하여 주제를 표현한다.

M

3

_평면도형^{ 각과} ② 직각삼각형, 직사각형, 정사각형을 이해한다.

4

 다각형의

이해

② 사다리꼴, 평행사변형, 마름모, 직사각형, 정사각형의 개념 을 알고 그 성질을 이해한다.

④ 주어진 도형으로 여러 가지 모양을 만들 수 있다.

교과 별 영역

2009 개정 교육과정 학

년 군

영역 성취 기준

S 3-4

(15) 거울과 그림자

빛과 우리 생활 사이의 관계에 대하여 이해한다.

A 3-4

(1) 주제

표현

다양한 주제를 탐색하여 자유롭게 표현한다.

M 5-6

(4) 여러 가지 삼각형

① 여러 가지 모양의 삼각형에 대한 분류 활동을 통해 이등변 삼각형, 정삼각형을 이름 짓고 이해한다.

(5) 여러 가지 사각형

① 여러 가지 모양의 사각형에 대한 분류 활동을 통해 직사각형, 정사각형, 사다리꼴, 평행사변형, 마름모를 이름 짓고 이해한 다.

(6)

다각형 ② 주어진 도형으로 여러 가지 모양을 만들 수 있다.

(8)

STEAM 학습 준거

단계 STEAM 학습 준거

상황제시

나래초등학교에서는 제10회 조명의 날을 맞이하여 백열전구의 빈 자리를 채워줄 LED를 활용하여 생활용품 만들기를 학생들을 대상 으로 공모전을 개최하려고 한다. 10.3~4일 이틀간 학교 강당에서 자신이 만든 나만의 LED생활용품을 전시하고 친구들에게 소개하 는 시간을 갖는다고 한다. 준연이는 친구들에게 나만의 LED 생활 용품을 만들어서 뽐내고 싶은 마음이 생겼습니다.

창의적 설계

LED와 다양한 물건들을 결합하여 새로운 아이디어 생각하기 내가 만들고 싶은 LED생활용품 스케치하기

여러 가지 도형으로 LED생활용품 만들어 보기

감성적 체험 LED와 다양한 물건들을 결합하여 새로운 아이디어 발표하기 내가 만든 LED생활용품 속 LED의 역할을 친구에게 소개하기

(9)

4. 차시별 수업 계획 총괄표

5. 평가 계획

평가 내용

방 법 참여도

학생 평가

결과물 평가 포트폴리오 평가 자기

평가

동료 평가

비율 20 (%) 10 (%) 10 (%) 30 (%) 30 (%)

(11)

6. 차시별 교수학습과정

1-2차시

학습

과제 빛으로 변하는 세상 차시 1-2/6 대상 초등학교 3-4학년

학습 목표

1. 빛의 변천과 역할에 대하여 알 수 있다.

2. LED와 우리 생활 사이의 관계에 대하여 이해할 수 있다.

STEAM 교과 연계

교과 단원명 핵심 개념

초3과학 빛의 직진 빛

교사

준비물 PPT, 동영상, LED, 일반전구 학생준비물 필기구, 학습지

평가 방법 설계

학습과정, 학습결과물 포트폴리오 형태로 평가하며, 수행과정에서 행동을 관찰, 인터뷰 등을 통해 평가

학습 단계

학습 과정

교수·학습 활동 시

간

교육정보 자료 및 유의점

교사활동 학생활동

도 입

동 기 유 발

학 습 문 제 파 악 하 기

♧ 학 습 분 위 기 조 성 및 동 기 유 발

◉ [원 시 시 대 의 불 의 발 견 ] 사 진 보 여 주 기

∙ 빛 이 없 다 면 어 떤 점 이 불 편 할 까 요 ?

♧ 동 기 유 발

◉ 사 진 보 기

․ 빛 이 없 는 원 시 생 활 을 생 각 해 보 기

․ 빛 이 없 을 때 상 상 하 여 발 표 한 다 .

- 빛 이 없 으 면 아 무 것 도 안 보 일 거 예 요 .

- 빛 이 없 으 면 보 이 지 않 아 넘 어 질 것 같 아 요 .

5 분

■ 사 진

◐ 재 미 있 는 사 진 을 통 하 여 학 습 제 재 에 대 한 흥 미 를 높 인 다 .

◐ 아 동 들 의 호 기 심 을 자 극 하 고 생 각 할 수 있 는 시 간 을 충 분 히 준 다 .

◐ 학 습 문 제 를 명 확 히 인 지 하 도 록 한 다 .

◐ 학 습 자 스 스 로 학 습 문 제 를 찾 아 서 만 들 수 있 도 록 자 기 주 도 적 학 습 방 법 을 선 택 한 다 .

♧ 학 습 문 제 만 들 기 및 확 인 하 기

◉ 학 습 문 제 파 악 을 위 한 질 문 하 기

- 오 늘 공 부 할 내 용 을 알 아 봅 시 다 .

◉ 학 습 문 제 를 발 표 한 다 . - 앞 의 활 동 을 바 탕 으 로 오 늘

공 부 할 문 제 를 생 각 해 본 다 .

학습 문제

빛 그리고 LED와 우리 생활 속의 관계 알아보기

[활동 1] 빛 의 변 천 과 역 할 알 아 보 기

[활동 2] 우 리 생 활 속 에 사 용 되 는 빛 과 LED 란 무 엇 인 지 알 아 보 기

◉

학 습 활 동 안 내

(12)

학습 단계

학습 과정

교수·학습 활동

시간 교육정보 자료 및 유의점

전 개

학 습 내 용 및 체 험 활 동

♧ 활 동 1

빛 의 변 천 과 역 할 알 아 보 기

2 5 분

■ 컴 퓨 터

■ 우 드 락

■ 학 습 지

■ 사 진

◐ 학 습 자 모 두 가 문 제 해 결 활 동 에 참 여 할 수 있 도 록 지 도 한 다 .

◐ 학 생 스 스 로 조 명 의 변 천 을 찾 을 수 있 도 록 교 사 는 안 내 자 역 할 을 한 다 .

◐ 조 명 의 변 천 에 대 한 시 대 별 의 흐 름 을 정 확 하 게 이 해 할 수 있 도 록 한 다 .

◐ 학 생 들 이 발 표 한 내 용 을 교 사 는 평 가 하 지 않 는 다 .

◉ 조 명 의 역 사 에 대 하 여 알 아 봅 시 다 .

- 주 어 진 사 진 을 보 고 빛 의 이 용 을 순 서 대 로 우 드 락 판 에 사 진 을 순 서 대 로 붙 여 보 고 모 둠 별 로 발 표 해 봅 시 다 - 조 명 의 역 사 에 대 한 P P T 를

보 고 어 떤 모 둠 이 정 확 하 게 순 서 대 로 나 열 했 는 지 알 아 봅 시 다 .

- 빛 (조 명 )이 어 떻 게 변 천 했 는 지 학 습 지 에 정 리 해 봅 시 다 .

◉ 빛 의 역 할 의 변 화 에 대 하 여 생 각 해 봅 시 다 .

- 학 습 지 의 사 진 을 보 고 사 진 속 의 불 이 어 떻 게 이 용 될 까 학 습 지 에 써 봅 시 다 .

◉ 학 습 지 에 정 리 한 내 용 을 발 표 해 봅 시 다 .

- 먼 저 빛 (조 명 )의 변 천 에 대 하 여 이 야 기 해 봅 시 다 .

- 빛 의 역 할 의 변 화 에 대 하 여 이 야 기 해 봅 시 다 .

․ 조 명 의 역 사 에 대 하 여 생 각 해 본 다 .

․ 빛 을 이 용 한 사 진 을 보 고 순 서 대 로 나 열 하 고 우 드 락 판 에 사 진 을 순 서 대 로 붙 여 보 고 모 둠 별 로 발 표 해 본 다 .

․ 조 명 의 역 사 에 대 한 P P T를 보 고 어 떤 모 둠 이 정 확 하 게 순 서 대 로 나 열 했 는 지 알 아 본 다 .

․ 빛 (조 명 )이 어 떻 게 변 천 했 는 지 학 습 지 에 정 리 해 본 다 .

◉ 빛 의 역 할 의 변 화 에 대 하 여 생 각 해 본 다 .

- 학 습 지 의 사 진 을 보 고 사 진 속 의 불 이 어 떻 게 이 용 될 까 생 각 하 면 서 학 습 지 에 정 리 해 본 다 .

◉ 학 습 지 에 정 리 한 내 용 을 발 표 해 본 다 .

․ 원 시 시 대 는 횃 불 을 사 용 하 여 빛 을 이 용 하 고 있 습 니 다 .

․ 중 세 에 서 근 대 에 는 등 잔 과 촛 대 를 이 용 하 고 있 습 니 다 .

․ 현 대 에 들 어 와 서 는 백 열 전 구 와 형 광 등 , LED등 을 이 용 하 고 있 습 니 다 .

․ 인 간 의 빛 의 이 용 은 야 외 에 서 실 내 그 리 고 디 자 인 등 다 양 한 빛 의 역 할 변 화 가 있 었 습 니 다 .

․ 현 대 에 는 조 명 이 외 에 기 술 을 추 가 하 여 에 너 지 의 절 약 도 생 각 하 고 있 습 니 다 .

․ 조 명 을 이 용 하 면 서 친 환 경 도 생 각 하 고 있 습 니 다 .

(13)

학습 단계

학습 과정

교수·학습 활동

시간 교육정보 자료 및 유의점

전 개

♧ 활 동 2

우 리 생 활 속 에 사 용 되 는 빛 과 LE D 란 무 엇 인 지 알 아 보 기 2 5 분

■ 컴 퓨 터

■ 카 드 (포 스 트 잇 )

■ 학 습 지

◐ BW 법 이 란 ? Brain Writing을 말 한 다 .

◐ 학 생 들 이 생 각 한 내 용 을 자 유 롭 게 쓸 수 있 도 록 유 도 한 다 .

■ LED

(색 깔 별 로 준 비 )

■ 일 반 전 구 ,

■ 건 전 지 , 전 선 , 전 선 집 게

■ 학 습 지

◐ 반 도 체 의 용 어 정 의 를 정 확 하 게 인 지 시 킨 다 .

◐ 관 찰 한 LE D 와 일 반 전 구 의 구 조 의 공 통 점 과 차 이 점 을 학 생 스 스 로 찾 게 한 다 .

◐ 교 사 는 적 극 적 인 활 동 이 되 도 록 순 회 지 도 한 다 .

◉ [빛 과 우 리 생 활 ] 동 영 상 보 여 주 기

- 빛 과 우 리 생 활 의 관 계 를 알 아 봅 시 다 .

- 빛 이 우 리 생 활 에 어 떤 영 향 을 미 치 고 있 는 지 학 습 지 에 정 리 해 봅 시 다 .

▲ 카 드 BW 법 활 동 안 내 하 기

․ 각 자 주 어 진 카 드 에 정 해 진 시 간 안 에 빛 과 생 활 의 관 계 를 하 나 씩 적 기

․ 시 간 이 지 나 면 카 드 판 에 붙 이 기

․ 분야별로 분리해서 카드를 정리하기

․ 정 리 된 내 용 을 컴 퓨 터 를 이 용 하 여 조 사 하 기

- 컴 퓨 터 를 이 용 하 여 조 사 된 내 용 을 발 표 해 봅 시 다 .

◉ 빛 을 내 는 반 도 체 - LED ! - LED 에 대 한 PPT자 료 를 보 고

생 각 해 봅 시 다 .

- LE D 란 어 떤 것 일 까 요 ?

◉ LED 와 일 반 전 구 비 교 하 기 - LED 와 일 반 전 구 의 구 조 를

비 교 해 봅 시 다 .

- 색 깔 별 로 준 비 된 LED 와 일 반 전 구 를 전 선 과 건 전 지 를 이 용 하 여 불 을 밝 혀 봅 시 다 . - 비 교 실 험 관 찰 한 것 을 발 표

해 봅 시 다 .

◉ [빛 과 우 리 생 활 ] 동 영 상 시 청 하 기

․ 빛 을 우 리 생 활 에 이 용 하 는 예 를 생 각 한 다 .

․ 빛 이 생 활 에 미 치 는 영 향 에 대 하 여 생 각 해 보 고 학 습 지 에 정 리 해 본 다 .

▲ 카 드 BW 법 활 동 하 기

․ 여 러 가 지 빛 에 관 련 된 우 리 의 생 활 에 대 하 여 생 각 해 본 다 .

․ 자 신 이 생 각 한 내 용 을 카 드 에 적 는 다 .

․ 주 어 진 판 에 모 둠 별 로 적 는 다 .

․ 빛 과 우 리 생 활 의 관 계 를 분 야 별 로 정 리 해 보 고 파 악 해 본 다 .

◉ 빛 을 내 는 반 도 체

- LED에 대 한 PPT자 료 를 보 고 LED 의 구 조 와 기 호 등 LED 에 대 하 여 생 각 해 본 다 .

· LED는 발 광 다 이 오 드 라 고 불 리 는 반 도 체 입 니 다 .

◉ LE D 와 일 반 전 구 비 교 하 기

․ 일 반 전 구 와 LED 를 가 지 고 구 조 를 살 펴 본 다 .

․ 일 반 전 구 와 LED를 비 교 실 험 하 면 서 다 른 점 을 학 습 지 에 기 록 해 본 다 .

․ LED 와 일 반 전 구 를 전 기 회 로 에 맞 추 어 연 결 해 본 다 .

․ 두 종 류 의 광 원 의 불 의 밝 기 와 색 을 비 교 해 보 고 , LED 와 일 반 전 구 의 구 조 와 불 의 밝 기 의 공 통 점 과 차 이 점 을 발 표 해 본 다 .

1 0 분

(14)

학습 단계

학습 과정

간

교육정보 자료 및 유의점

정 리

마 무 리 차 시 예 고

◉ 빛 이 사 라 진 다 면 ? - [정 전 사 태 ] 동 영 상 보 여 주 기

- 빛 이 사 라 진 다 면 어 떤 일 이 일 어 날 까 요 ?

- 빛 이 사 라 진 세 상 을 생 각 하 며 학 습 지 에 그 림 을 그 리 거 나 글 로 써 보 고 발 표 해 봅 시 다 .

◉ 빛 이 사 라 진 다 면 ? - [정 전 사 태 ] 동 영 상 시 청 하 기

․ 빛 이 사 라 진 다 면 어 떤 일 이 일 어 날 까 생 각 해 본 다 .

· 빛 이 사 라 진 세 상 을 생 각 하 며 학 습 지 에 그 림 을 그 리 거 나 글 로 써 보 고 발 표 해 본 다 .

1 0 분

5 분

■ 색 연 필

■ 색 싸 인 펜

■ 학 습 지

■ ppt 자 료

■ 가 위 , 풀

◐ 학 습 자 스 스 로 활 동 할 수 있 도 록 교 사 는 안 내 자 역 할 만 한 다 .

♥ 학 습 정 리

- LED와 일 반 전 구 의 구 조 와 빛 의 차 이 점 을 알 아 보 았 는 데 어 떤 점 을 알 수 있 었 나 요 ? - 오 늘 학 습 한 내 용 을 정 리

발 표 해 봅 시 다 .

․ LED와 일반전구를 학습하면 서 알게 된 점을 발표해 본다.

․ PPT 자 료 보 면 서 학 습 정 리 해 본 다 .

♧ 차 시 예 고

- 차 시 내 용 : 빛 으 로 보 는 세 상

체험학습활동 구분 기호

♧ 학 습 안 내 ◉ 학 습 상 황 설 명 ▶ 학 습 활 동 형 태

♥ 학 습 정 리 ◐ 유 의 점 ■ 교 수 학 습 자 료 ▲ 학 습 활 동 프 로 그 램

교사용 Tip

학생들에게 현대 조명은 빛의 역할 뿐만 아니라 심미적 요소, 에너지 절감, 친환경 요소 등 다양한 역할을 한다는 사실을 숙지하도록 합니다.

학생들이 자기 주도적으로 LED와 일반전구의 공통점과 차이점을 찾을 수 있게 지도 합니다.

(15)

1. 빛의 변천사

발광다이오드가 등장하기 전까지 인간은 어떤 광원을 발명했을까?

빛의 변천사라는 테마로 빛으로 변하는 세상을 알아봅시다.

2. 조명의 역사 1) 원시~ 고대

● 횃불

거화(炬火) 라고도 하는 횃불은 고대부터 가로등 용도와 이동용 조명으로 사용되 어 왔고, 정월대보름 대표적인 민속놀이인 횃불싸움의 도구로도 널리 쓰였다.

나무 또는 짚이나 풀 묶음에 불을 붙인 것으로 주변에서 가장 쉽게 구할 수 있 는 재료로 누구나 스스로 만들 수 있기 때문에 인류가 가장 오랫동안 사용해온 조명이다. 밤에 하는 야외 행사에 이러한 횃불을 많이 사용하였는데, 왕이나 고급 관리의 야간 행차, 혼인과 장례와 같은 의례에 주로 사용되었다. 대량의 강한 불 빛을 저렴하게 이용하기 위한 용도로 횃불이 널리 쓰였다.

● 화심

화심은 짚이나 풀로 칭칭 동여 팔뚝 굵기만하게 묶어 불을 붙이는 도구로 횃불 과 유사하다.

보통 안에 말린 쑥을 가득 넣고 칠껍질인 비사리로 칭칭 동여매어 어른 팔뚝만

한 굵기로 묶어 만든 것이다. 불을 붙여두면 좋은 냄새를 내며 천천히 타고 웬만

한 비에도 꺼지지 않아서 들일 나가는 농부들이 사용하기 좋았다. 논밭에서 일하

는 이들이 모여 쉬는 자리에 이 화심을 놓아두면 오랫동안 담뱃불을 붙일 수 있

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● 토기 등잔

삼국시대의 조명은 앞서의 횃불과 같은 원시조명구를 그대로 쓰는 동시에 토기 등잔도 많이 사용하였다. 토기는 낮은 온도에서 한 번 구워낸 그릇을 대개 600~800도 사이에서 구워진 것인데, 1,000도 이상의 고열로 구워져 자기와 유사 하게 된 와질토기도 많이 만들어졌다.

대표적인 토기등잔으로는 신라의 다등식 등잔(多等式燈盞)과 이형토기등잔이 있 다. 다등식 등잔은 4~6개의 등잔이 하나의 둥근 원통관에 연결된 것으로 등잔 하 나에만 기름을 부으면 모든 등잔에 기름이 수평으로 차게 되므로 각 등잔의 기름 량이 일정하게 되어 같은 시간 동안 점등할 수 있는 구조로 되어 있다.

횃불 화심 토기등잔

2) 중세~ 근대

● 촛대

황해도 봉산군 사리원 부근에서 후한대로 추정되는 청동촛대가 출토되었다. 평 양 청암리의 고구려 조도촛대와 신라의 쌍등식 청동촛대로 볼 때 촛대 자체는 고 조선 때부터 존재한 의례용 등화구였다고 볼 수 있다. 촛대는 최의 원료가 희소하 고 그 생산 방법이 어려워서 조선 중기에도 생산량이 수요에 미치지 못하였고, 가 격이 매우 비싸 왕실과 귀촉층에서나 사용하던 귀한 조명기구였다.

옥석, 청동, 철, 나무, 청자, 백자 등을 재료로 하여 다양하게 만들어질 수 있으나 대개 촛대의 기본 형태는 복발형(覆鉢形)의 받침과 간주라 불리는 기둥과 초꽂이 로 구성된다.

● 호형 등잔

1876년 석유가 수입되면서 심지를 등잔의 가장자리에 대거나 중심부에 놓아 불

을 켜던 재래의 종지형 등잔에서 심지꽂이가 뚜껑으로 따로 달린 호형등잔(壺形燈

盞)으로 전통적인 조명생활의 일부가 다소 변모하게 되었다. 호형등잔에 종지형

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등잔에 없는 심지꽂이가 달린 뚜껑이 있는 이유는 인화성이 강한 석유의 강한 발 화성을 조절하기 위한 것이다. 기존의 종지형 등잔에는 동식물성 기름을 사용하여 서 등잔불 밝기가 그리 강하지는 않았다. 그러다 석유를 사용하게 되면서 조도는 훨씬 높아졌지만 불꽃이 강하여 화재의 위험이 생기게 되었다. 때문에 석유를 쓰 면서부터 불꽃을 조절하기 위해 이러한 호형등잔을 널리 사용하게 된 것이다

촛대 호형 등잔

3) 근대

● 오일램프

기름을 넣어 사용한 조명구. 금속이나 유리제의 용기에 꼭지쇠를 달고 심지를 넣어 기름에 담가 나사를 조작해 심지를 올려 불을 점화하였다 심지 끝을 내려 불꽃을 조절하고 불꽃이 꺼지거나 흔들거리지 않게 유리등피로 씌웠다. 방이나 거 실 전체의 조명용으로 산모양의 갓을 씌워서 위에서 끈으로 매달아 사용하는 램 프와 식탁이나 책상, 탁상에 두고 사용한 소형램프, 조명과 분위기를 위해 사용한 스탠드 램프 등 다양한 형태로 사용되었다.

램프의 쓰임도 가정용만이 아니라 마차용 램프, 합승마차의 전조등용 램프, 철 돌 보선로용 램프, 표지용 램프 등으로 다양한 장소에 널리 쓰였다.

● 가스등

가스가 연소하여 발하는 빛을 이용한 등불. 코크스 생산의 부산물인 가스를 조 명에 이용하는 기술은 18세기 후반 벨기에의 JP 민케렐루스와 프랑스의 P르봉이 개발했다고도 하지만 영국의 볼턴-와트 상회의 머독에 의해 실용화되었다. 1812년 런던-웨스트민스터 가스회사로 이름을 고쳐 1923년에는 연간 700만 ㎥가 보급되 었으나 1880년 이후 전등이 그 역할을 대신하면서 사양길로 접어들었다.

석탄은 18세기 말 산업혁명 초부터 연료로 쓰였다. 석탄 생산 업자들은 석탄을 가공해 석탄가스를 뽑아내서 그것을 관을 통해 소비자의 조명 장치로 보내었다.

석탄에서 기체를 추출하려면 특수한 정제 시설이 있어야 하므로 석탄가스 조명을

(18)

쓰려면 도시 규모가 꽤 커야 했다. 소비자가 적어 정제비용을 충당할 수 없는 곳 에 그런 값비싼 시설을 세운다는 것은 비경제적이었다. 따라서 가스등은 본질적으 로 도시의 편익 시설이었고 시골 지역에서는 여전히 오일램프나 초가 쓰였다.

오일램프 가스등

4) 현대

● 백열전구

물체를 가열하면 빛을 내게 되어 있다.(예 : 촛불, 호롱불, 모닥불). 이 현상을 백 열현상이라 한다. 이러한 현상을 이용하여 텅스텐 필라멘트에 전류를 흘려 2,700

°C 정도의 높은 온도로 가열할 때 얻어지는 빛을 이용한 것이 백열전구이다. 백열 전구는 영국의 스완과 미국의 에디슨에 의해 실용화되었다. 에디슨이 만든 것은 진 공 속에서 탄화된 실을 유리구 내에 넣고 백금을 사용하여 바깥과 연결한 것이다.

● 형광등

유리관 내에 들어있는 저압수은증기가 형광등 양극에서 방출되는 전자와 반응하 여 자외선을 발생시키고 이 자외선은 유리관의 내벽에 칠한 각종 형광체와 다시 반응하여 빛을 내게 된다. 이것이 형광등이다. 빛의 색은 형광체의 종류에 따라 여러 가지의 색으로 변환이 가능하다. 형광등은 1930년데 말에 만들어졌다. 현재 고연색성을 함께 갖춘 램프가 개발되어 있으며, 최근 여러 광원 중에서 청록색 및 짙은 적색 에너지를 가한 오파장 형광등도 선보이고 있다. 형광등은 오래 켜 놓으 면 필라멘트에서 나오는 복사열로 전구가 뜨거워지는 백열전구의 문제점을 해결 하고 발생되는 열에너지를 전부 빛으로 바꾸면 보다 밝은 빛을 낼 수 있다는 원 리에서 출발하였다.

형광등과 백열등은 똑같이 빛을 내는 조명기구이지만 빛을 내는 구조는 전혀

다르다. 형광등은 방전등의 일종으로 속에는 약간의 수은과 아르곤 가스가 들어있

어 전기가 통하면 이 수은이 짧은 파장을 가진 자외선을 내는데, 이 자외선은 인

체에 해롭고 시신경이 감지하지 못하기 때문에 바로 쓸 수 없다. 그래서 형광등

유리 안쪽에 무기물인 포스포라는 형광물질을 발라, 발생되는 자외선을 흡수하였

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칠해 있는 형광물질의 종류를 바꾸면 다양한 빛을 내는 형광등을 만들 수 있으며 현재 상쾌한 느낌을 주는 주백색, 따뜻한 느낌을 주는 온백색 등이 있고 벌레 퇴 치에 쓰이는 순황색, 살균이 가능한 이온등 등이 개발되어 있다.

● 할로겐

할로겐 전구란 그 봉입 가스에 미량의 할로겐 족 가스를 첨가한 백열전구를 말 한다. 백열전구는 발열체를 전류에 의한 백열상태로 가열하고 거기에서 방사되는 광을 이용하는데, 보통 백열전구는 고융점 3,400도씨의 텅스텐 필라멘트가 사용되 어 지고 있다. 할로겐 전구가 주목받게 된 이유는 백열전구의 수명말기에 보여지 는 유리전구의 혹화현상이 일어나지 않으므로 광량의 저하가 적고, 비교적 안정된 조명 효율을 유지할 수 있다는 데 있다. 전구가 점등이 되면 텅스텐 필라멘트는 증발하게 되고 증발한 텅스텐 증기는 유리관 벽에 붙게 되어 혹화 현상을 유발하 게 되며 약 20% 정오의 빛을 감소시켜 결국에는 점점 가늘어진 필라멘트가 끊어 져 수명을 다하게 된다.

● 형광램프

환경문제가 대두되고 있는 현재 에너지 절약이라는 관점에서 유럽이나 미국에서 는 형광램프에 대한 관심이 높아져 지속적인 연구와 개발이 진행되고 있다. 연색 개선형과 소형, 변형 형광램프의 보급에 의해 직관 형광등의 경우, 기존의 T12(관 경 40mm). T10( 32mm), T8( 26mm), T5( 13mm) 로 유럽을 중심으로 급속히 적 용이 되고 있다. 그 결과 현재 10% 이상의 점유율을 보이고 있으며 전구식 형광 등도 많이 이용되는 추세이다.

램프의 관전압이 높은 특징을 보이는 T5램프는 그 효율이 좋고, 콤펙트하여 기 존의 조명 외에 장식용의 목적으로 여러 응용분야로 확대될 것으로 전망되고 있 으며, 이미 우리나라에서도 국가적으로 램프, 안전기, 형광등에 대해서 개발 사업 을 하고 있다.

● LED

반도체 기술의 발전으로 기존에는 전자회로 부품으로 사용되던 LED는 새로운 조명원으로 1960년대 말부터 실용화되기 시작하였다. LED는 발광다이오드 즉, Light Emitting Diode 또는 Luminescent Diode의 약자로 갈륨비소 등의 화합물에 전류를 흘려 빛을 발산하는 반도체소자이다.

컴퓨터 본체에서 하드디스크가 돌아갈 때 깜빡이는 작은 불빛, 도심의 빌딩 위 에 설치된 대형 전광판, TV리모콘 버튼을 누를 때마다 TV 본체에 신호를 보내는 눈에 보이지 않는 광선 제작에 필요한 광원이 바로 Diode 이다.

LED는 아래 위에 전극을 붙인 전도물질에 전류가 통과하면 전자와 정공이라 불

리는 플러스 전하 입자가 이 전극 중앙에서 결합해 빛의 광자를 발산하는 구조로

되어 있으며 이 물질의 특성에 따라 빛의 색깔이 달라진다. 따라서 원색의 경우,

단파장발광만으로 고순도 칼라를 재현할 수 있으며, 단파장색의 혼합에 의해 중간

색의 표현도 가능하다.

(20)

백열전구 형광등 할로겐 형광램프 LED

2. 조명의 역할 변화

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식물은 양분을 만들 때 빛을 이용한다. 전기로 움직이는 태양광 자동차는 빛을 이용한다.

활주로 유도등 야구장 조명

도서관 조명 자동차 전조등

3. 빛과 우리 생활의 관계 알아보기

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일반전구 LED 전구

4. 빛의 세대교체 ( 친환경조명 LED)

1) 일반전구에 불 켜기

2) LED전구에 불 켜기

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일반 가로등 LED 가로등

□ 일반전구

- 전구는 필라멘트(금속의 가는 선)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 열을 이용한 발광체 로서 필라멘트는 텅스텐 선을 코일형으로 감은 것을 사용하고, 유리구 내에는 불활성 가스가 주입되어 있다. 일반적인 전구의 경우 다음과 같은 특징을 갖는다.

① 사용전압이 전구의 정격 접압보다 10% 낮아지면 수명은 4배로 늘고, 소비전력은 85%로 낮아지는 반면 광도(밝기)는 약 30% 낮아집니다.

② 역으로 사용전압이 10% 상승하면 수명은 약 90%로 극단적으로 짧아지고 소비전력 은 16%정도 상승하는 반면 밝기는 약 40% 증가합니다. 일반전구의 표준 수명은 약 1000~1500시간으로 봅니다.

그림 64 http://edutown.kr/files/big_file/knue-inse/4g/4-03.pdf

(24)

□ LED : 빛을 내는 반도체

LED란 발광다이오드라고 불리는 반도체로 ‘Light Emitting Diode’의 머리글자를 딴 것입니 다. 지금까지 우리가 자주 보아왔던 백열등이나 형광등과는 다르게, 특수한 구조를 가진 물 질에 전기에너지를 주어, 이 전기 에너지가 직접광으로 변하게 하는 새로운 구조의 광원입 니다.

□ 일반조명과 LED 조명 비교

대부분의 사람들이 일반 조명과 LED를 비교했을 때 LED가 효율이 높다는 것은 어느 정도 알고 있습니다. 일반 조명과 LED 조명을 비교 했을 때 소비전력이나 수명 면에서도 월등히 앞서갑니다.

요즘에는 밤거리와 실내를 밝혀주는 조 명에 녹색 바람이 거세게 불고 있답니다.

백열등과 형광등의 시대가 가고 오래 쓰면 서도 환경 친화적인 LED(발광다이오드) 조 명이 각광을 받고 있습니다. LED조명은 20 년 이상 쓸 수 있는 데다 에너지가 열로 손실되는 비중이 적어 불필요한 전력 낭비 를 줄여줍니다.

백열전구가 소비전력의 5%만 빛을 내는 데 사용하고 나머지 95%는 열로 사라지는 것과는 대조적이죠. 유럽의 지속가능한 혁신기술센터의 조사에 따르면 LED 조명을 사용하면 다른 조 명을 사용하면 다른 조명을 쓸 때보다 전기료를 최대 40%까지 낮출 수 있다고 합니다.

우리나라에서는 현재 5~6% 수준인 LED조명 보급률을 2020년까지 60%로 끌어 올린다는

"LED 조명 2060 계획" 을 시행중입니다. 관계자는 "LED 조명 보급률이 60%까지 높아지면 50만KW급 화력발전소 7~8개를 대체하는 에너지절감 효과가 나타날 것"이라고 말했습니다.

(25)

또한 환경 유해 물질이 없는 것도 LED 조명의 장점입니다. 형광등은 수은을 이용해 빛을 생성하기 때문에 형광등 한 개에 25mg 수은이 들어가는데 LED 조명에는 이 수은이 전혀 들어가지 않습니다!

우리 모두 친환경적인 LED의 매력에 푹 빠져봅시다.

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5. 9.15 대한민국 정전사태

빛이 사라진다면 어떤 일이 일어날지 뉴스를 통해 알아봅시다.

<교사 참고 자료>

조명박물관 사이트

http://enerhythm.com/37

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3-4차시

학습과제 빛으로 보는 세상 차시 3-4/6 대상 초등학생

학습목표 1. 우리 생활 속 LED가 활용되는 곳과 사용범위를 알 수 있다.

2. 도형을 이용하여 나만의 LED제품을 표현할 수 있다.

STEAM 교과 연계

교과 단원명 핵심 개념

실과 초3,4수학

LED

각과 평면도형, 다각형의 이해

LED 활용 사례 평면 도형 교사준비

물 PPT, 동영상, 색종이, 컴퓨터 학생

준비물 필기구, 학습지, 색종이

평가 방법 설계

학습과정, 학습결과물 포트폴리오 형태로 평가하며, 수행과정에서 행동을 관찰, 인터뷰 등을 통해 평가

학습 단계

학습 과정

간

교육정보 자료 및

교사활동 학생활동 유의점

도 입

동 기 유 발

학 습 문 제 파 악 하 기

♧ 학 습 분 위 기 조 성 및 동 기 유 발

◉ [LED조 명 의 동 영 상 ] 보 여 주 기 - 에 너 지 절 감 에 앞 장 서 는 LED조

명 의 특 징 은 무 엇 인 가 요 ?

- 지 금 우 리 는 어 떤 전 구 를 많 이 사 용 하 나 요 ?

♧ 동 기 유 발

◉ [LED조 명 의 동 영 상 ] 시 청 하 기

· 에 너 지 절 감 에 앞 장 서 는 LED 조 명 의 특 징 에 대 하 여 생 각 하 며 동 영 상 을 시 청 한 다 .

- 여 러 가 지 전 구 를 사 용 합 니 다 . - 백 열 전 구 , 형 광 등 , LED 등 을 사

용 합 니 다 .

5 분

■ 동 영 상

◐ 여 러 가 지 LED동 영 상 을 통 하 여 학 습 주 제 에 대 한 흥 미 를 높 인 다 .

◐ LED 에 대 한 관 심 을 이 끌 어 내 고 생 각 할 수 있 는 시 간 을 충 분 히 준 다 .

◐ 학 습 주 제 를 명 확 히 인 지 하 도 록 한 다 .

◐ 학 습 주 제 를 학 생 스 스 로 만 들 어 보 는 기 회 를 주 어 자 기 주 도 적 학 습 을 한 다 .

♧ 학 습 주 제 만 들 기 및 확 인 하 기

◉ 학 습주 제 파악 을 위한 질 문하 기 - 오 늘 공 부 할 내 용 을 알 아 봅 시 다 .

◉ 학 습 주 제 를 발 표 한 다 . - 앞 의 활 동 을 바 탕 으 로 오 늘 공

부 할 문 제 를 생 각 해 본 다 .

학습 문제

LED조명이 무엇인지 알아보고 나만의 LED생활용품 설계해 보기

[활동 1] LED의 특 징 과 우 리 생 활 속 LED가 활 용 되 는 곳 찾 아 보 기

[활동 2] 여 러 가 지 도 형 을 이 용 하 여 LED 제 품 표 현 하 기 [활동 3] 도 전 ! 나 도 발 명 가

◉

학습 활동 안내

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학습 단계

학습 과정

간

전 개

♧ 활 동 1

LED의 특 징 과 우 리 생 활 속 LED가 활 용 되 는 곳 찾 아 보 기

1 5 분

■ 컴 퓨 터

■ 카 드 (포 스 트 잇 )

■ 학 습 지

■ PPT

◐ 분 류 하 는 기 본 적 인 방 법 을 알 수 있 도 록 교 사 는 사 전 에 지 도 한 다 .

◐ 학 생 들 이 발 표 한 내 용 을 교 사 는 평 가 하 지 않 는 다 .

◐ 학 생 들 이 아 이 디 어 를 많 이 창 출 할 수 있 도 록 허 용 적 분 위 기 를 조 성 한 다 .

◉ PPT를 보고 LED의 특징과 활용되는 곳이 어디인지를 생각해 봅시다.

- LED에 관한 PPT사진을 보고 특징과 활용되는 곳을 생각 해 보고 학습지에 모둠별로 BS법을 이용하여 적어 봅시 다.

▲ 카드 BS법 활동 안내 하기

․ 모 둠 별 로 사 진 을 보 고 LED의 특 징 과 활 용 되 는 곳 에 대 하 여 토 론 하 기

․ 모 둠 원 의 의 견 을 모 두 적 어 서 정 리 판 에 붙 여 보 기

․ 분야별로 분리해서 카드를 정리하기

- 학습지에 쓴 LED의 특징과 좋 은점, 그리고 활용되는 곳을 컴퓨터를 이용하여 조사된 내 용을 발표해 봅시다.

◉ PPT를 보고 LED의 특징과 활용되는 곳이 어디인지 생 각해 본다.

․ LED에 관한 PPT사진을 보고 특징과 활용되는 곳을 생각 해 보고 모둠별로 BS법을 이용하여 학습지에 적어 본 다.

▲ 카드 BS 활동하기

․ LED의 특징과 활용되는 곳에 대하여 생각해 본다.

․ 자신이 생각한 내용을 카드에 적는다.

․ 주 어 진 판 에 모 둠 별 로 적 는 다 .

․ LED의 특징과 활용되는 곳을 정리해 보고 파악해 본다.

․ LED 조명을 사용하면 에너지를 절약할 수 있습니다.

․ 일반조명에 비해 수명이 길어 오래 쓸 수 있습니다.

◉ LED TV와 LCD TV의 원리를 알아봅시다.

- LED TV와 LCD TV의 차이점이 무엇일까요?

- PPT를 보고 차이점을 적고 발 표해 봅시다.

◉ LED TV와 LCD TV의 원리를 알아본다.

· LED TV와 LCD TV의 차이점을 PPT를 보고 알아 본다.

· PPT를 보고 차이점을 적고 발 표해 본다.

♧ 활 동 2

여 러 가 지 도 형 을 이 용 하 여 LED 제 품 표 현 하 기

3 5 분

◐ 도 형 을 이 용 하 여 다 양 한 형 태 를 만 들 수 있 도 록 학 습 분 위 기 를 유 도 한 다 .

◐ 교 사 는 적 극 적 인 활 동 이 되 도 록 순 회 지 도 한 다 .

◉ 색 종 이 를 이 용 하 여 여 러 가 지 도 형 을 만 들 어 생 활 속 LED제 품 을 표 현 해 봅 시 다 .

- 주어진 모양을 도형판을 이 용하여 만들어 봅시다.

- 자신이 만들고 싶은 모양을 만들어 봅시다.

◉ 색 종 이 를 이 용 하 여 여 러 가 지 도 형 을 만 들 어 생 활 속 LED 제 품 을 표 현 을 해 본 다 .

· 5조각, 9조각을 이용한 모양 을 만들어 본다.

· 5조각부터 9조각까지 다양하 게 조각을 이용하여 만들고 싶 은 모 양 을 만 들 어 본 다 .

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학습 단계

학습 과정

간

전 개

- 학습지에 LED의 제품을 색 종이와 가위, 풀을 이용하여 표현해 보고 발표해 봅시다.

․ 학습지에 LED의 제품을 표 현해 보고 발표해 본다.

· 저는 TV를 9조각으로 만들 어 보았습니다.

· 저는 5조각으로 세탁기를 만 들어 보았습니다.

◐ 학 생 이 만 든 도 형 의 모 양 을 그 릴 때 자 를 이 용 하 여 정 확 하 게 그 릴 수 있 도 록 지 도 한 다 .

♧ 활 동 3 도 전 ! 나 도 발 명 가

3 5 분

■ 컴 퓨 터

■ 카드(포스트잇)

■ 학 습 지

■ PPT

◉ LED 를 이 용 한 편 리 한 도 구 설 계 해 보 기

- 스 캠 퍼 기 법 을 이 용 하 여 LED 를 이 용 한 생 활 용 품 을 설 계 해 봅 시 다 .

▲ 스 캠 퍼 를 이 용 한 활 동 안 내 하 기

․ 스 캠 퍼 학 습 지 에 각 자 생 각 한 제 품 을 생 각 해 카 드 에 써 보 기

․ 생 각 한 제 품 을 가 지 고 분 야 별 로 분 리 해 서 카 드 를 정 리 하 기

- LE D 를 이 용 하 여 설 계 한 작 품 들 을 발 표 해 봅 시 다 .

◉ 친 구 들 의 설 계 한 작 품 평 가 해 보 기

- 친 구 의 발 명 품 을 보 고 잘 된 점 을 칭 찬 해 봅 시 다 .

- 친 구 의 생 각 이 얼 마 나 독 창 적 인 지 생 각 해 봅 시 다 .

- 친 구 들 의 작 품 을 평 가 하 여 발 표 해 봅 시 다 .

◉ LED 를 이 용 한 편 리 한 도 구 설 계 해 보 기

․ 스 캠 퍼 기 법 을 이 용 하 여 LE D 를 이 용 한 생 활 용 품 을 설 계 해 봅 시 다 .

▲ 스 캠 퍼 를 이 용 하 여 활 동 하 기

․ 여 러 가 지 LED에 관 련 된 생 활 속 의 물 건 에 대 하 여 생 각 해 본 다 .

․ 자 신 이 생 각 한 내 용 을 스 캠 퍼 학 습 지 에 적 는 다 .

․ 결 합 , 분 리 등 스 캠 퍼 기 법 을 이 용 하 여 창 의 적 제 품 을 생 각 해 본 다 .

․ 생 각 한 제 품 을 주 어 진 도 화 지 위 에 자 유 롭 게 스 케 치 를 해 본 다 .

․ 설 계 한 작 품 들 을 발 표 해 본 다 .

· 저 는 안 경 테 에 LE D 를 붙 여 서 밤 에 도 잘 찾 을 수 있 게 만 들 어 보 았 습 니 다 .

◉ 친 구 들 의 설 계 한 작 품 평 가 해 보 기

· 친 구 들 의 발 명 품 의 설 명 을 듣 고 좋 은 점 을 적 어 본 다 .

· 친 구 들 의 생 각 이 어 떤 점 이 독 창 적 인 지 학 습 지 에 적 어 본 다 .

· 친 구 들 의 작 품 을 평 가 하 여 발 표 해 본 다 .

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학습 단계

학습 과정

간

정 리

마 무 리 차 시 예 고

♥ 학 습 정 리

5 분

■ 색 연 필 ,싸 인 펜 , 자

■ 학 습 지

■ PPT - LED의 특 징 과 활 용 되 는 곳 을

알 아 보 았 는 데 어 떤 점 을 알 수 있 었 나 요 ?

- 오 늘 학 습 한 내 용 을 정 리 발 표 해 봅 시 다 .

․ LED의 특 징 과 활 용 되 는 곳 을 알 아 보 면 서 알 게 된 점 을 발 표 해 본 다 .

․ PPT 자 료 보 면 서 학 습 정 리 해 본 다 .

◉ LED 의 현 재 와 과 제 알 아 보 기

- LED의 현 재 와 과 거 에 대 하 여 PPT를 보 고 알 아 봅 시 다 .

- LED의 현 재 와 과 거 에 대 하 여 PPT를 보 고 알 아 본 다 .

♧ 차 시 예 고

- 차 시 내 용 : 우 리 만 의 LED세 상

체험학습활동 구분 기호

♧ 학 습 안 내 ◉ 학 습 상 황 설 명 ▶ 학 습 활 동 형 태

♥ 학 습 정 리 ◐ 유 의 점 ■ 교 수 학 습 자 료 ▲ 학 습 활 동 프 로 그 램

교사용 Tip

학생들에게 LED가 생활 속 많은 분야에서 활용된다는 사실을 스스로 알 수 있도록 인터넷을 활용하여 조사하도록 합니다.

학생들이 생활제품과 LED를 결합하여 다양한 생각을 할 수 있도록 스캠퍼 기법뿐만 아니라 여러 가지 발명기법을 활용해도 좋습니다.

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7. 기타 자료

1. LED

발광다이오드는 LED라고 불립니다. Light Emitting Diode라는 영어의 약자 이고, 빛을 방출하는 다이오드라는 의미입니다.

(1) LED의 특징

① 일반조명에 비해 LED는 발광 효율이 높아 소비전력이 매우 적다.

② LED는 일반조명에 비해 수명이 길다. 평균적으로 4만시간 이상 사용 가능하다. 이것 은 백열등 천시간, 형광등 8천시간에 비해 굉장히 긴 시간이다.

③ LED는 친환경적이다. LED는 환경을 오염시키는 중금속, 수은을 사용하지 않는다. 또 한 이산화탄소 발생량이 적고, 다 사용하면 분리수거가 가능하다.

④ 눈부심이 적고 빛을 효율적으로 사용할 수 있다. 원하는 곳으로 빛을 유도하여 사용 하거나, 원하는 부분만 조명이 가능하다. 그래서 다양한 용도에 맞게 폭넓게 사용되 고 있다. 가로등. 보안등, 농작물 보호등으로도 적합한 것이 LED이다.

⑤ LED는 저온에서도 사용할 수 있다. 영하 35˚C까지 사용이 가능하여 기온이 낮은 장 소에서도 밝은 빛을 사용할 수 있게 해준다.

⑥ LED는 자외선 방출량이 거의 없다. 그래서 불을 켜놓았을 때 벌레가 모이는 양도 적다. 또한 열을 식혀주는 팬이 필요 없어 소음이 없다는 장점도 있다.

⑦ LED는 경제적입니다. 앞에서 말했듯이 수명이 길어 유지보수비를 절감할 수 있고

소비전력이 적어 전기세를 줄일 수 있다.

(32)

(33)

2. 단순히 조명기술로만 여기던 LED의 변신을 자세히 알아보자.

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LED 신호등 LED 식물공장 LED 테라피

LED 암치료 오징어 집어등 감성조명

■ LED 테라피 : LED광선을 이용한 치료기법으로 인체 내부에 침투하여 빠른 상 처 치유와 세포 재생 능력을 개선

■ 오징어 집어등을 LED로 바꿀 경우 수명이 반영구적이고, 소비전력도 기준의 30% 수준에 불과해 기름 값을 아끼고, 자외선 방출도 거의 없어 선원 건강권 보호에도 도움이 될 것이다.

■ 감성조명 : 사용자의 감성에 맞춰 자유로운 색온도와 색좌표 조절이 가능해 인

간의 감성과 교감할 수 있다.

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3. LED의 활용범위

세상 속이야기

LED 빛으로 암 치료한다

KAIST 이건재 교수팀, 전립선암 항체 검출 성공

국내 연구진이 LED 빛을 이용해 암을 진단하고 치료할 수 있는 새로운 치료법 개발 가능성을 제시했다.

한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 이건재 교수팀은 질화물 반도체 발광다이오 드(GaN-LED)를 이용해 전립선암 항체를 검출하는데 성공했다고 20일 밝혔다.

연구팀은 유연한 GaN-LED에서 발생하는 빛이 암의 항원-항체반응에 의해 감도 차이가 일어나는 것을 확인, 전립선암 항체를 검출했다.

연구팀은 또 딱딱한 기판에서 성장된 얇은 고효율 GaN-LED를 유연한 플라스틱 기판에 전사하고, 생체 친화적인 재료를 사용한 바이오센서를 개발해 인체와 유사 한 조건에 적용할 수 있게 했다.

이번 연구결과는 나노 분야 세계적 권위지인 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 9월호 온라인 판에 게재됐으며, KAIST 대표 브랜드 과제로 선정돼 연간 3억원의 연구비를 지원받게 된다.

이건재 교수는 “인체에 삽입된 유연한 LED는 인간 생명 연장과 건강한 삶의 중요 한 과제를 해결할 수 있는 흥미롭고 새로운 분야”라며 “다양한 파장의 강한 빛을 이용하면 신경세포를 자극해 질병을 치료하는데 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.

<출처> http://economy.hankooki.com/lpage/it/201109/e20110920105337117800.htm

(36)

알고가기

LED 산업이 성장하게 된 배경은 무엇인가?

전 세계적으로 LED 조명에 대한 관심이 높아졌다. 우 리나라도 최근 정부와 기업, 가정 할 것 없이 고유가와 여름 전력난에 대비한 에너지 절감 운동이 확산되면서 LED 조명을 찾는 사람들이 늘고 있다.

첫 번째 이유. 에너지 수요 증가에 대비한 에너지 절감 차원

과거 에너지 파동을 겪으면서 다양한 에너지 절약 대 책이 발표되고 실행되었다. ‘한 등 끄기’ ‘심야 사무실 조명 소등’ 과 같은 조명 부문 에서의 에너지 절약 활동이다. 이 같은 에너지 절약은 확실한 효과를 가지며 지금 도 일부 지역에서는 실행하고 있다. 그러나 소등에만 의존한 에너지 절약 방법은 사무실이나 공장의 작업능률 저하, 기기의 오작동 및 불량률 증가 등의 현상, 건물 에 대한 인지도 저하, 광고효과 저하, 도로에서의 가로등 소등으로 인한 교통사고 증가, 강력 범죄의 증가 등의 직접적인 원인이 된다. 즉, 소등에 의한 에너지 절감은 당장의 전기료 절감과 발전소의 부하용량 저감에는 효과가 있겠으나 이로 인하여 발생하는 사회적 경제적 손실도 크다는 것을 감안하여야 할 것이다. 따라서 조명 부문의 에너지 절감과 부작용을 최소화하는 방법으로 고효율 조명기기의 사용이 대 안으로 떠오르면서 LED 조명이 부각된 것이다.

두 번째 이유. 환경 보호 및 규제 차원

최근 유럽을 중심으로 큰 관심이 되는 것이 친환경 제품 개발이다. 유럽연합은 강력한 환경규제를 실시하고 있으며 2006년 7월부터는 지침에 발표된 사항을 이행 하는 것으로 되어있다. 이 중에서 조명부문에 직접적 영향을 주는 것이 RoHS(Restriction fo Hazardous Substances) 지침이다. 여기서는 환경에 직접적 영 향을 주는 6개 물질의 사용을 금지하는 것을 핵심으로 하고 있다. 수은 사용을 하 지 않는 대체 광원 중 LED 광원이 가장 현실적으로 접근 가능한 친환경 광원으로 떠오르고 있다.

[ 참고 ] 6개 금지 물질 : 납, 수은, 카드뮴, 6가 크롬, PBB(Polybrominated Biphenyles), PBDE(Polybrominated diphenyl ethers)

(37)

① Substitute : 대치하다

무엇으로 대신하여 사용할 수 있을까?

②Combine : 결합하기 무엇을 결합할 수 있을까?

③ Adapt : 동화, 적응시키기

조건이나 목적에 맞게 조절할 수 있을 까?

④Modify: 수정하기

모양, 형태, 색, 크기 등을 어떻게 바꿀 수 있을까?

⑤ Put to other uses : 다르게 활용하기 다른 용도로 사용할 수 없을까?

⑥Eliminate : 제거하기

현재 상태에서 무엇을 삭제, 제거, 축소할 수 있을까?

⑦ Rearrange : 재배열하기

형식, 모양을 다르게 바꿀 수 없을까?

4. 도전 나도 발명가

1) 스캠퍼

스캠퍼(SCAMPER)는 7개 단어의 알파벳 첫 자를 따서 만든 것으로 철자와 관련 있는 질문 을 통해 다양한 아이디어를 구상하도록 도와주는 방법이다.

(1) 스캠퍼 기법의 내용

(2) 스캠퍼 기법의 예

(38)

5. LED의 현재 그리고 과제

(39)

1) 설계 제약 조건

LED가 방사하는 빛에는 자외선과 적외선이 포함되지 않은 것이 특징이다. 그러나 이는 기사광선으로 변환되지 않은 손실 성분이 모두 열로 바뀌어 LED 소자의 온도 상승 원인이 되는 것을 의미한다. 예를 들어 효율이 100lm/W인 LED에 전기에너지 100을 투입했다고 가정하면 가시광선으로 변환되는 것은 30%에 지나지 않으며, 나 머지 70%는 손실된다.

현재 백열전구를 대체하는 전구형 LED 램프의 경우, 그 형상이 기존 전구 모양으 로 정해져 있어 방열을 위해 사용할 수 있는 표면적도 한정적이다.

또한, LED 소자 자체나 LED를 구동하는 전원회로는 수명을 유지할 수 있는 상한 온도가 존재한다. 이러한 사실을 고려해 보면, 내부 열전도를 아무리 개선해도 방열 가능한 열량의 한계 값이 존재하며, 광량을 높이고 싶더라도 어떤 일정 값 이상의 전력 투입은 불가능함을 알 수 있다. 이밖에도 LED 설계를 제약하는 데는 배광 특 성 등 여러 과제가 존재하지만, 방열이 최대 과제로 꼽힌다.

2) 획일화된 디자인

LED는 점광원으로서 다양한 디자인이 가능하나 아직까지 그러한 장점을 크게 살 리지 못하고 있다. 백열전구를 대체하는 전구형 LED램프는 간편성 덕분에 비교적 빠른 보급이 이뤄지고 있다. 편리성은 소비자입장에서 간과할 수 없는 부분이지만, 기존 램프와 같은 형태의 LED 램프가 과연 LED특성을 살린 형태의 제품인지는 냉 정히 물어볼 필요가 있다. 앞서 말한 대로 기존 전구형 형상을 따르다보면 방열 가 능한 열량이 제한되다. 대광량 광원에 어울리는 LED만의 형상과 구조가 따로 존재 하지는 않는지 고민이 필요하다.

3) 기술의 변화

기존 광원은 유리를 주 재료로 해 그것을 진공에 봉해 램프로 만들었다. 또한 기 존 조명기구는 판금이 주를 이루고, 점등회로는 전기 전자 회로 기술을 이용해 설 계 제조 됐다. 이처럼 기존 광원은 램프 기술과 조명기구 기술의 구분이 명확하며, 꼭지쇠와 소켓이 그 분계선 역할을 했다. 그러나 LED는 LED칩을 만드는 공정을 제 외한다면 반도체 소자인 LED를 실장하고 조립하는 공정에서 명확한 분계선이 존재 하지 않는다. 중복되지만, 기존과 같이 램프와 기구를 나눌 필연성은 없고, 양자를 융합해 보다 좋은 조명 시스템을 만들도록 해야 한다.

<출처> http://blog.naver.com/parknamsig?Redirect=Log&logNo=140143557199

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읽기자료

광주국제고 강경웅군 'LED 광원 이용 살균 빗' 대상

‘LED 광원을 이용한 살균 빗' '잘 퍼지는 아이스크림 스쿠퍼' '청각장애인용 안 들 리면 느껴’

전국 초·중·고교 발명 꿈나무들의 아이디어가 돋보이는 전국 학생발명경진대회가 최근 부산 동의과학대학 주최로 열렸다.

제12회 DIT 전국 학생발명경진대회에서 영예의 대상인 지식경제부장관상은 'LED 광원을 이용한 살균 빗(광주국제고등학교 2년 강경웅·사진)'이 차지했다.

강군은 "비 공장 한쪽에 쌓인 폐광섬유를 전량 소각처리를 한다는 이야기를 듣고 재활용할 수 있는 방법을 고민하던 중에 UV(자외선) LED(발광다이오드)가 살균작용 을 한다는 기사를 보고 착안했다"고 설명했다. 빗 몸체 내에 UV LED빔 발생장치를 장착하고 빗솔은 광섬유로 구성, 빛이 두피에 직접 투영할 수 있게 했다. 강군의 발 명품은 심사위원들로부터 실용성이 높을 뿐 아니라 독창성(특허청과 국립중앙과학 관 홈페이지 특허검색 결과)도 뛰어난 것으로 평가받아 영예의 대상으로 선정됐다.

또 금상인 특허청상을 받은 '잘 퍼지는 아이스크림 스쿠퍼(부산진초 6년 김현정)'와 기술보증기금상의 '청각장애인용 안 들리면 느껴(연산중 1년 하나라)'도 아이디어가 돋보이는 발명품이다.

아이스크림 스쿠퍼는 숟가락 끝부분에 열선을 넣어 아이스크림을 쉽게 자를 수

있게 했다. '청각장애인용 안 들리면 느껴'는 마이크 및 센서를 이용해 청각장애인

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이 자동차 경적과 같은 위험신호를 손쉽게 느낄 수 있게 고안한 발명품.

이밖에 △자동 수저분리기(남양주광동고 1년 장은혜) △누전예방 플러그(대광발명 과학고 2년 정현수) △태영열을 이용한 내비게이션(동천고 2년 최재원/박진성) △나 팔꽃 깔대기(부산상당초 5년 김규호) △편리한 젖병(광안초 6년 이휘진) △위생 및 보관 용이한 캔 용기 개폐장치(대전과학고 2년 정준모)도 금상을 수상했다.

심사위원장인 동의과학대 전기과 이오걸 교수는 "생활 속에 느끼는 불편한 점을 개선한 아이디어, 실용성이 높은 작품에 중점을 두고 심사를 하였으며 어느 해보다 실용적 아이디어가 많이 출품됐다"고 설명했다.

시상식은 오는 9월 25일 오후 3시 동의과학대학 정보관 세미나실에서 개최할 예 정이다. 이번 대회에는 총 295개 작품(초등 93, 중등 29, 고등 173)이 출품됐다.

임원철 기자

<출처> http://news20.busan.com/controller/newsController.jsp?newsId=20090828000185

교사용 Tip

학생들의 LED 발명사례를 동기유발 자료로 활용해도 좋습니다.

알고가기 LED 제품들 ‘반짝 반짝’ 냉장고, 화장품 용기에도 활용

이성희 기자 summer@hk.co.kr

LED가 TV, 노트북, 휴대폰 등 디지털기기를 뛰어넘어 냉장고, 화장품 용기에 이르 기까지 광범위하게 활용되고있다. LED란 발광다이오드(Light Emitting Diode)의 약 자로, 전류를 흐르게 하면서 빛을 발하는 광원이다.

LG생활건강은 감각적인 용기 개발을 위해 LED를 이용한 'LED 팩트'를 선보였다.

'오휘 루미아르떼 팩트'와 한방브랜드 '수려한 예화윤 팩트'의 콤팩트 용기 외관과 안쪽에 LED조명을 넣어 다양한 모션그래픽을 연출했다. 예화윤 팩트는 사용후 용기 를 닫으면 약 8~9초간 용기 표면에 LED 조명이 화려한 꽃무늬를 그려내고, 루미아 르떼 팩트는 반짝이는 눈꽃무늬 LED조명을 탑재했다. 이들 LED 팩트는 휴대폰처럼 충전할 수 있다.

냉장고에 사용된 LED는 농약 제거와 광합성 작용을 일으키는 효능으로 눈길을

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끈다. LG전자 '디오스' 냉장고는 국내 최초로 야채칸에 화이트 그린 블루 LED를 적 용, 자체 광합성을 일으켜 채소의 산화를 감소시키고 신선도를 유지해준다. 일반 전 구에 비해 16배 이상 전력을 절감할 수 있다.

삼성전자의 '지펠'은 야채실에 태양광 LED를 장착, 파장이 짧은 자외선인 UV LED 파장이 농약의 분자고리를 끊어주게 해 농약 잔류성분의 독성을 없애는 기능을 갖 췄다.

음식물처리기 신제품 '루펜 수프림'도 LED조명을 탑재했다. 광촉매를 코팅한 음식 물 바구니에 LED 조명을 비추면 화학반응이 일어나 각종 오염물질을 물과 이산화 탄소와 같은 무해 물질로 바꿔주는 원리를 이용한 제품이다. 제조사인 루펜리에 따 르면 한국생활환경시험연구원 실험결과 97.4%의 살균효과가 입증됐다.

<출처> http://news.hankooki.com/lpage/economy/200905/h2009052821575421540.htm

궁금해요 LED TV의 원리

< 관모양의 형광등 >이 들어가요. < LED >를 사용해요.

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6. 색종이를 사용하여 학생들이 만든 다양한 나만의 LED 생활용품 모양 ( 예시 )

<교사 참고 자료>

http://www.youtube.com/watch?v=nYguO7KrGO8

http://pds13.egloos.com/pds/200903/28/46/b0074846_led.pdf http://www.youtube.com/watch?v=gw2KldjrMPw&feature=related