2013 융합인재교육(STEAM) 프로그램
중학생
학생용
LED로 만드는 빛의 세계
조가영, 이태경, 김성혜, 곽영신
프롤로그 (Prologue)
본 교재는 LED (Light-Emitting Diode, 발광 다이오드) 조명을 주제로 한 프로젝 트 형 STEAM 프로그램 입니다.
최근 LED는 차세대 조명으로 각광을 받고 있습니다. LED 조명은 사용자가 원하 는대로 조명 색을 쉽게 바꿀 수 있다는 특징을 가지고 있어 ‘스마트’한 ‘감성’ 조명 을 구현하는데 사용할 수 있습니다. LED 조명 기술은 반도체 기술과 정보통신기 술, 예술이 만나는 접점에 있는 분야라고 할 수 있습니다.
본 프로그램에서는 LED를 이용해 다양한 예술 작품을 만들어 보는 활동이 이루어 집니다. 이 과정에서 학생들은 교육 과정의 과학, 미술, 이 과정을 통해 학생들이 빛의 혼합, 눈의 성질, 전기 회로와 같은 교육과정에 나오는 기본적인 개념들을 자 연스럽게 익히고 과학기술과 예술이 서로 밀접한 관계를 가지고 있음을 이해하기 를 기대합니다.
STEAM은 학생들의 능동적 수업 참여를 유도하여 스스로 문제를 정의하고 해결 할 수 있는 능력을 길러주기 위한 교육 방식입니다. 또한 하나의 주제를 다양한 학 문의 관점에서 바라보게 함으로써 나무가 아닌 숲을 볼 수 있는 눈을 키울 수 있을 것입니다.
STEAM 프로그램의 효율적인 적용을 위하여 프로그램을 운영하시는 선생님들께 서는 학생들 스스로 문제를 파악하고 해결할 수 있도록 도와주는 역할을 해주시기 바라며, 학생들이 다양한 관점에서 문제를 바라볼 수 있도록 지도해주시기 바랍니 다.
2013년 12월 지은이 모두
배우는 순서
생활 공간을 아름답게 하는 디자인 빛 합성 관찰하기
색 그림자 관찰하기
머무르고 싶은 공간 제작하기 감성 조명 설치하기
나의 진로와 LED 조명 설계사
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차분한 느낌의 방을 디자인하기 위해서는 어떤 색상을 선택하면 좋을까?
- 차분하고 은근함 : 하늘색, 밝은 청록, 흰색 등 - 이국적이고 온화함 : 밝은 베이지, 엷고 붉은 자주 등 - 상쾌하고 발랄함 : 밝은 노랑, 연두 등
- 귀엽고 사랑스러움 : 밝은 분홍, 연두, 노랑 등 - 온화하고 중후함 : 엷은 베이지, 엷은 갈색, 금색 등
우리는 매일 매일 집, 학교, 도서관 같은 다양한 실내 공간에서 시간을 보낸다. 편 안한 휴게실이 도서관과 같이 엄숙한 분위기이면 어떨까? 폭신한 소파 대신 딱딱 한 의자가 배치되어 있다면? 더 쾌적하고 편안한 실내 공간에서 생활하기 위해서 는 그 공간에 어울리는 실내 디자인이 필요하다. 날마다 생활하는 공간을 편안하 고 즐거운 공간으로 만들기 위해 어떻게 하면 좋을까? 나만의 실내 디자인을 해보 자.
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또 어떤 공간들이 있을까요?
치 과
한식당
사무실
안내데스크
카 페
거 실
우리 생활 속 실내 공간
나만의 실내를 디자인해보자
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[실내 디자인 하기]
내가 원하는 실내 디자인을 해보자.
실내 공간 :
인테리어 디자인 주제 : 전체적인 방향과 컨셉 : 필요한 소도구와 색감 :
중학교 학년 반 모둠명 :
모둠원 이름 :
나는 오늘 실내 공간을 인테리어 했다. 내가 디자인한 공간을 더 아름답게 꾸미려 면 어떤 방법이 있을까 생각해 본다.
조명!! 빛을 어떻게 비춰주느냐에 따라 디자인이 달라질 수 있지 않을까?
우리가 주로 사용하는 조명은 형광등, 백열등이다. 최근 들어서는 LED 조명을 많 이 사용한다. LED 조명은 다른 조명들에 비해서 에너지를 절약할 수 있고, 또, 다 양한 색을 만들 수 있기 때문이다. 우리가 디자인한 인테리어에 LED 조명을 설치 해 보면 어떨까 생각해 본다.
- 우리가 자주 가는 실내 공간은 어떤 조명을 사용하는지 생각해 보자
- 내가 디자인한 실내 공간에 어떤 색상의 조명이 어울릴까?
- 여러 가지 색의 조명을 사용하면 어떻게 될까?
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[준비물]
백색 10T 우드락, LED 손전등 (9LED형) 3개, 색 셀로판지, 시침핀 1) 개방형 백색 우드락 방 만들기
① 백색 10T 우드락을 이용하여 아래와 같이 가로, 세로, 높이의 길이가 되도록 3개의 벽면, 2개의 바닥면과 천정면을 만든다.
가로: 30cm 세로: 20cm 높이: 20cm
② 각 면을 핀으로 고정시킨다.
(본드로 부착할 경우 해체하기 어려우니 주의한다.)
손전등을 이용하여 빛 합성장치를 만들어 보자.
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2) 색 조명 만들기
① 빨강, 초록, 파장색 셀로판지 한장을 두 번 접어 각각 손전등 앞에 씌운다.
② 고무줄로 두세 번 감아 셀로판지를 손전등에 고정하여 색 조명을 만들다.
③ 세 가지 손전등에서 나오는 빛의 색을 이용하여 백색 우드락 방에 다양한 색 조명을 만들어 보자.
3) 빛의 합성
① 빛의 : 두 가지 이상의 빛을 합하여 다른 색의 빛을 얻는 것
② 빛의 : 빨간색, 초록색, 파란색
• 빨간색 + 초록색 = • 초록색 + 파란색 = • 파란색 + 빨간색 =
• 빨간색 + 초록색 + 파란색 =
③ 빛의 합성을 이용한 예에는 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 휴대 전화의 액정, 점묘화, 무대 조명, 레이저 쇼 등이 있다.
이 외에 또 어떤 것들이 있는지 생각해 보자.
[준비물]
빨강, 초록, 파랑색 셀로판지를 붙인 손전등, 백색 우드락 방, 종이 인형
① 그림자를 만들 종이 인형을 만든다.
② 백색 우드락(백색 방)의 가운데 종이 인형을 둔다.
손전등을 이용하여 색그림자를 만들어 보자.
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나타나는 그림자 색 : 나타나는 그림자 색 : 나타나는 그림자 색 : 빛의 색 : 빛의 색 : 빛의 색 : 빛의 색 :
나타나는 그림자 색 :
빛의 색 : 빛의 색 : 빛의 색 :
빛의 색 : 빛의 색 :
③ 두 가지 색의 손전등 빛을 비스듬히 비춰보았을 때 나타나는 그림자의 색을 관찰해 본다.
그림자 색이 다른 이유는 무엇일까? 빛의 합성을 통해 설명해 보자
- 우드락으로 만든 백색방에 만들고 싶은 공간을 정한다.
- 가구 소품을 이용하여 테마에 맞는 실내 공간을 꾸민다.
나만의 실내 공간 디자인 하기
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거실 소파에 앉아서 편안히 휴식을 취하고 싶다. 어떤 색 조명이 좀 더 편안한 느 낌을 줄까? 아주 밝은 백색 조명? 아니면 은은한 붉은색 조명?
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미술시간에 만든 실내 모형에 조명을 설치해 보자.
[준비물]
제작된 방, LED 전구, 브래드보드 블록, 전선, 스위치, 집게발
실내 모형에 LED 조명 설치하기
브레드보드 블록은 각 구멍(단자)에 전선이나 전기 기기 를 연결할 수 있다.
* 블록 아래에 적혀있는 숫자 위의 세로 (ㅣ) 구멍들은 서로 연결이 되어있다.
* 숫자가 서로 다른 가로 (ㅡ) 구멍들은 연결이 되어있 지 않다.
* 가로의 구멍들을 연결하고 싶을 때는 전선이나 전기 기기를 연결해주어야 한다.
① 브레드 보드 블럭에 스위치를 연결해 보자. 1번과 3번 줄의 구멍에 검정색 스위치의 두 단자가 꽂히도록 연 결한다.
② 스위치가 연결된 브레드 보드 블록을 바닥판에 꽂는 다.
③ 브레드 보드 블록의 1번줄 구멍에 전선을 연결하고, 전선의 다른 쪽 끝은 건전지의 - 극과 연결되도록 한 다.
④ 브레드 보드 블록의 3번줄 구멍에 다른 전선을 연결한 다. (LED와 연결하기 위한 전선)
감성조명 설치하기
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⑤ LED를 실내 모형 천장에 설치한다. LED를 뒤집어서 모형안 천장 (우드락)에 꽂는다.
⑥ 밖에서 보면 그림과 같이 LED의 길이가 다른 두 다리 가 빠져나와있다.
* LED의 두 다리 중 긴쪽이 전지의 +극과 연결되어야 하 며, 짧은 다리 쪽이 전지의 – 극과 연결되어야 한다.
⑦ 브레드 보드의 3번줄 구멍에 연결된 전선과 LED의 짧 은 다리를 집게를 이용하여 연결한다.
⑧ 바닥판에 2번째 브레드 보드 블럭을 꽂는다.
⑨ 1번줄에 2개의 전선을 연결한다.
⑩ 1개의 전선은 건전지의 +극과 연결한다.
⑪ 다른 1개의 전선은 LED의 긴 다리에 집게를 이용하여 연결한다.
LED 조명 연결 완성 스위치를 켜보자.
나만의 LED 조명 설계하기
[LED 조명의 색과 위치를 설계하여 그림으로 나타내 봅시다.]
연출하고 싶은 장소 : 연출하고 싶은 분위기 : 분위기에 알 맞는 조명색 :
원하는 조명색 내기 위해 어떤 조명색이 필요할까?
중학교 학년 반 모둠명 :
모둠원 이름 :
1) 다른 모둠의 작품을 감상하고 어떤 점이 다르고 같은지 비교해 보자.
같은 점:
다른점
2) 의도한 분위기와 조명이 가장 잘 어울리는 모둠에게 스티커를 붙인다.
모둠 이름 :
3) 가장 잘 한 모둠의 감상평 및 잘했다고 생각하는 이유를 적어보자.
형성 평가
1. 파란색의 조명이 켜있을 때 청록색의 차분하고 은은한 분위기를 만들고 싶다면 어떤 색의 조명을 합성해야 할까요?
① 초록색 ② 흰색 ③ 빨간색
④ 노란색 ⑤ 자홍색
2. 신혼부부를 주제로 하는 침실 조명을 만들려고 한다. 빛의 합성을 고려하여 노란색의 조명 빛을 만들려면 어떤 색들을 사용해야 할까요?
① 초록색 ② 흰색 ③ 빨간색 ④ 자홍색 ⑤ 파란색
읽을거리
백열전구 생산 중단, LED로 바꿔야(인터넷한국일보 2013.2.5)
토머스 에디슨은 1879년에 백열전구를 세상에 내놓았을 때 사람들은 열광했다.
어둠을 몰아내고 인류의 삶을 변화시킬 수 있었으므로... 하지만 백열 전구에도 치 명적 약점이 있었다. 소모 전력의 극히 일부만을 전기로 바꿔 주는'전기 먹는 괴물' 이었던 것. 백열전구가 130여년 만에 역사의 뒤안길로 사라지고 있다. 올해부터 미국 중국 등 주요국들이 전기 소모가 많은 백열전구 퇴출 프로그램을 일제히 가 동했기 때문. 대신 그 자리를 저전력 친환경 제품인 발광다이오드(LED) 조명이 채 울 전망이다. (중략)
국내에서는 필립스와 오스람 등 외국기업들은 정부의 에너지이용합리화 계획에 따라 75~150와트 이상 백열전구의 국내 판매를 지난해 중단했다. 25~75와트 백 열전구는 내년부터 사라질 전망이다.
세계 각국이 백열전구를 퇴출하는 이유는 전력을 빛으로 바꾸는 광효율이 너무 떨 어지기 때문. 백열전구는 소모 전력의 95%는 열로 방출하고 5%만 빛으로 바뀐다.
반면 LED 전등은 백열전구보다 광효율이 5배 이상 좋은 것으로 알려져 있다.
문제는 LED 전등의 가격이 비싸다는 점. 따라서 백열전구 퇴출에 맞춰 LED 전등 의 가격을 낮추는 것이 관건이다. 서울 청계천 조명상가나 대형마트의 조명 매장 에서 팔리는 60와트 백열전구는 800원인데 비해 7.2와트 LED 전등은 9,000원이 다. 그럼에도 LED 전등이 꾸준히 팔리고 있다. 청계 조명상가 관계자는 "가격이 비싼데도 불구하고 수명이나 광효율이 좋아 LED 전등을 찾는 사람들이 늘고 있 다"며 "가격이 더 떨어져야 LED 전등이 완전히 백열전구를 대체할 것"이라고 말했
LED 조명시대가 온다고?
서울시, 24시간 운영 찜질방ㆍ음식점 조명도 LED로
“서울시가 에너지절약을 위해 24시간 운영되는 찜질방, 헬스장, 음식점 등의 전등 을 LED로 바꾸는 작업에 돌입한다. 시는 내년까지 음식점과 찜질방 등 다중이용 시설 3만5000 곳에 LED 전등을 설치하도록 유도하는 ‘친환경 LED 점포’ 사업을 추진한다고 8일 밝혔다. 시는 LED 전등으로 교체하면 조명 전력 사용량을 70%
까지 줄일 수 있다는 점을 홍보하고 초기 교체 비용 부담이 없도록 최고 10억원을 2%의 이율로 지원할 예정이다. 또 녹색소비자연대와 함께 LED 조명 제품을 시중 가보다 35% 저렴한 가격에 업소에 제공할 방침이다.”(후략)
앞으로 LED 조명의 중요성에 대하여 토의해 보자.
LED 감성 조명 설계사. 어떤 일을 하는지 살펴보자.
- 행복이 가득한 집(2013년 9월호) 기사 발췌
가정용 등, LED를 설치해 보자
조명의 밝기, 조명의 색을 먼저 생각하라고?
『판교 운중천의 주택 ‘담이재’. 이현 이 씨는 집을 지으면서 인테리어 디 자이너에게 LED 조명을 사용할 것을 요청했다. 전력 사용량이나 누진세가 부담스러웠고, 가정에서 먼저 에너지 절약을 실천해야 한다는 생각도 컸 다. ... 중략,
그래서 제작한 것이 정사각 캡을 더 한 LED 스폿등. 주백색에 색온도를 3000~3500K로 맞춘 LED 조명등을 설치해 환하면서도 부드러운 자연광 느낌을 살렸다.』
LED 조명등을 설계할 때 ‘조도’ (빛 의 밝기 정도) 문제를 고려해야 한다.
『LED 조명등으로 교체하면 처음에 는 좀 어둡게 느껴질 거라는 이야기 를 들었다. 하지만 막상 입주해보니 너무 밝아 거실 같은 경우는 조명등 의 3분의 1만 켜도 충분했다.
디자이너 방은숙 씨는 “조도보다 중 요한 건 색온도 (빛의 색을 온도로 써 나타냄) 죠. 색온도가 낮으면 붉은 빛 어둡게 느껴질 수 있는데, 백열등
LED 감성 조명 설계사 되기
생각 다지기
LED 어디에 활용하면 좋을까?
LED의 원리를 생각해 보면...
『“LED는 서재·계단 같은 좁은 공간에 효율적”
서재는 집중력이 필요한 공간인 만큼 책상 바로 위쪽에 LED 매입등을 설치했다.
LED 조명등이 형광등에 비해 직진성이 강해 지시등처럼 한 방향의 빛이 필요한 데 적합하다. LED 조명등은 직접 조명이 닿는 부분은 같은 와트 수의 형광등보다 2배 정도 조도가 밝고, 그림자와 열이 발생하지 않아 서재, 계단, 복도 등에 적합하 다.』
- 앞으로의 조명 설계사의 역할에 대하여 토의해 보자.
- 조명의 역할과 기능에 대하여 새로운 관점으로 설명해 보자.
- 내가 감성 조명 설계사가 된다면 어떤 느낌의 조명을 설계할 수 있을까?
미래의 나에게 쓰는 편지
나는 현재 중학생이다. 15년 후 LED조명 설계사가 되어 있는
내 모습을 생각하며 나에게 희망을 주는 메시지를 담은 편지를 적어보자.
융합인재교육(STEAM) 프로그램
