마음을 밝히는 LED 중학교

마음을 밝히는 LED ^중학교

Contents

1. 한국, 라스베이거스를 밝히다!

2. 요즘은 내가 대세 3. 에디슨, 그 빛을 잃다.

1. 패러데이, 전기를 만들다.

2. 내가 LED 응원도구 디자이너

전기에너지와 디자인 Module

LED 원리와 특성 이해 Module 01.

02.

1. 센스 있는 중력 스위치 2. 에너지의 전환

3. LED 응원전 시작!!

1. 나의 미래를 밝힌다!

2. 진로탐색 전기에너지와 디자인

LED 원리와 특성 이해 Module 03. 기술과 발명

나를 표현하는 LED Module 04.

손뼉 치며 만드는 에너지

나에게 맞는 진로 찾기

LED 원리와 특성 이해

01

Module

여기서 우리는

1. 한국,

라스베이거스를 밝히다!

Prologue

최근 많은 관심이 주어지고 있는 LED는 Light Emitting Diode (발광 다이오드)의 약어로, 전기 발광을 이용한 것이다. 이는 p형 반도체와 n형 반도체를 접합시키고, p형 반도체 부분에‘+’전압을 걸어 전자를 빼어내 정공(일종의 구멍 : hole)을 만 들고, n형 반도체 부분에는‘-’극을 걸어 전자를 주입시키면 이들이 확산되어 접 합면에서 결합할 때 빛을 내는 것이다.

LED는 주로 주기율표의 13족(3A족) 원소(Al, Ga, In)와 15 족(5A 족) 원소(P, As) 로 된 화합물 반도체를 사용하는데, 화합물에 따라 나오는 빛의 색이 다르다. LED 는 1920년에 처음 만들어졌고, 1960년대부터는 전광판이나 계산기 등에 일부 사용 되었으나, 에너지 효율이 낮아 보편화되지는 못하였다. 그러나 최근 수년간의 획기 적 발전으로 이제는 LED의 빛 에너지 전환 효율이 형광등보다도 높아져 새로운 광 원으로 각광을 받고 있다.

현대과학이 만든 새로운 빛 LED

새로운 광원으로 각광

네이트 상식백과

생각 쑥쑥

생각 열기

1.

한국, 라스베이거스를 밝히다!

Old 라스베이거스의 거리에 LED 돔을 만들어 멋있는 영상을 퍼뜨리며 화재 가 되고 있는 LG 전자의 LED 기술을 보여주는 동영상을 보고 느낀점이 무 엇인가?

·동영상. 라스베이거스 LED SHOW

생각 펼치기

다이오드란 무엇인가?

다이오드란 무엇인가?

다이오드의 작동 원리는 무엇인가?

다이오드의 종류는 무엇이 있을까?

1)

2)

1.

2.

3.

생각 펼치기

LED란 무엇인가?

1) 정의

2) 장점

3) 응용

여러 종류의 LED를 직접 만져보고 LED의 특성과 개념을 이해하고, 다양한 빛 의 색을 경험해보자.

LED란 무엇인가?

1.

2.

생각 다지기

LED가 필라멘트 전구에 비해 좋은 점이 무엇인지 생각해보고, 미래 전망에 대 해 토론해보자.

LED의 장점과 미래전망

1.

생각 되돌아보기

LED에 대해 새롭게 알게 된 부분과 느낀점을 적어보자.

생각 정리

여기서 우리는

2. LED, 요즘은 내가 대세

Prologue

현재 쓰이는 텅스텐 필라멘트를 발명하여, 전구가 더 밝고 수명도 길어지게 되었 다. 요즘 사용하는 백열전구는 아르곤에 소량의 질소를 혼합한 가스를 넣어 텅스텐 의 증발을 막아 전구의 수명을 더 늘렸다.

이러한 백열전구에 비해 긴 수명, 높은 발광 효율 등의 장점을 가진 현재의 형광등 은 1938년 General Electric(GE)사의 인만(G. Inman)이 발명하여 특허를 내어 실 용화한 것이다.(형광등은 사실 1857년 프랑스의 물리학자 Alexandre E. Becquerel 가 전기 방전으로 빛을 낼 수 있다는 자신의 이론을 실험적으로 증명해 보인 후 1901년 미국의 피터 쿠퍼 휴잇이 수은 방전등을 만든 것을 거의 지금의 형광등이라 고 보는 경우도 있고, 1927년 에드먼드 저머가 몇 명의 동료들과 함께 시험적인 형 광등을 만들어낸 것을 시초로 보는 경우도 있다.)

많은 사람들이 아는 것처럼 현재 실용화된 전구는 에 디슨(미국, T. A. Edison : 1847~1931)에 의해 1879년 발명되었다. 에디슨은 탄소 필라멘트를 사용하여 40시 간 정도 빛을 내는 전구를 만들었다.

플라즈마 상태의 아크방전을 시키는 아크등이 최초이 다. 이 아크등은 실내에서 사용하기에는 무리가 있어 실용화되지 않았다.

에디슨의 탄소 필라멘트가 잘 끊어지는 것을 보완하여 1910년 쿨리지(미국, W. D. Coolidge : 1873~1975)가

전구의 역사

백열전구에서LED까지

생각

열기 전기에너지의 합리적 이용

수학여행 첫 날, 세계에서 가장 높은 빌당에 올라 도시의 야경을 내려다보 는 빛나 중학교 친구들!

도시의 불빛을 모두 LED로 바꾸는 자 신의 미래의 모습을 상상한다.

생각 쑥쑥

더운 여름철 전기 에너지 수요가 많은 시간에는 에어컨 등 냉방 기구의 사용 을 줄여 달라는 방송이 나오기도 한다. 전기 에너지를 효율적으로 사용하려 면 어떻게 해야 할까?

. 상황제시 PPT

생각 펼치기

전기에너지를 효율적으로 이용할 수 있고, 빛을 내는 도구가 무엇이 있을까?

탐구 : 필라멘트 전구와 발광다이오드(LED) 비교

1) LED와 필라멘트 전구의 온도변화량을 적외선 온도계를 사용하여 측정해보자.

2) LED와 필라멘트 전구의 밝기를 핸드폰 밝기 측정 어플로 측정해보자.

3) LED와 필라멘트 전구의 수명과 경제성 등을 조사하여 비교해보자.

LED 탐구하기

1.

2.

생각 펼치기

토의

1) 온도변화량과 밝기 비교 실험 결과, LED와 필라멘트 전구 중 어느 것이 에너지 효율면에서 뛰어난가?

2) LED를 사용하는 것이 미래 환경에 어떤 영향을 미칠까?

LED 토의하기

1.

생각

펼치기 LED 응원도구 창작하기

1) LED를 활용한 응원고구를 고안해보자.

2) 브레인스토밍법을 사용하여 조별로 응원도구에 대한 아이디어를 내어보자.

해보기 : LED를 활용한 응원도구 고안

2.

생각

다지기 모둠별 토론

전기에너지를 효율적으로 이용하는 방법을 생각해보자.

전기 에너지를 절약하고 효율적으로 이용해야 하는 까닭을 설명해 보자.

1.

2.

생각 되돌아보기

▶필라멘트 전구, 형광등의 구조

▶LED[ light emitting diode_시사상식사전, 박문각 ]

LED란 갈륨비소 등의 화합물에 전류를 흘려 빛을 발산하는 반도체소자로, m 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 소수캐리어(전자 또는 정공)를 주입하고 이들의 재결합에 의하여 발광시 킨다. LED는 컴퓨터 본체에서 하드디스크가 돌아갈 때 깜빡이는 작은 불빛, 도심의 빌딩 위에 설치된 대형 전광판, TV 리모콘 버튼을 누를 때마다 TV 본체에 신호를 보내는 눈에 보이지 않 는 광선 등을 만들 때 필요하다. 전기에너지를 빛에너지로 전환하는 효율이 높기 때문에 최고 90%까지 에너지를 절감할 수 있어, 에너지 효율이 5% 정도밖에 되지 않는 백열등ㆍ형광등을 대체할 수 있는 차세대 광원으로 주목되고 있다.

LED는 아래 위에 전극을 붙인 전도물질에 전류가 통과하면 전자와 정공이라고 불리는 플러스 전하입자가 이 전극 중앙에서 결합해 빛의 광자를 발산하는 구조로 이루어져 있는데, 이 물질 의 특성에 따라 빛의 색깔이 달라진다.1968년 미국에서 적색 LED가 개발된 이후 황색, 녹색, 청색, 백색 LED가 우리생활 곳곳에서 쓰이고 있다. 백색 LED는 실내 조명기구로 사용이 가능 한 것으로 일본의 니치아, 미국의 HP, 독일의 오스람만이 생산하였는데 2000년 2월 광주과학 기술원의 박성주 교수팀이 개발하였다. 박성주 교수팀은 2001년 4월 비정질(amorphous) 실 리콘 양자점(quantum dot)을 이용한 LED를 세계 최초로 개발하는 데 성공한 바 있다. 비정질 실리콘 양자점을 이용한 LED는 양자점의 크기를 자유롭게 조절하는 방법으로, 양자점의 크기 만을 조절하면 총천연색 빛을 자유자재로 구현할 수 있어 이를 발광소자로 제작한 것이다.

한편 LED TV는 기술적인 측면에서 패널 뒤편에 LED를 골고루 펼쳐서 정면으로 빛을 보내는 방식인 직하형과 화면 아래 위 여유공간에 LED BLU(백라이트 유닛)를 선상으로 배열하고 중 앙부로 빛을 보내면 도광판으로 반사시켜 정면으로 빛을 보내는 에지형으로 나뉜다.

백열전구의 구조 형광등의 구조

전구와 LED

여기서 우리는

3. 에디슨, 그 빛을 잃다.

3. 에디슨, 그 빛을 잃다.

Prologue

1808년 험프리 데이비(Humphry Davy)가 탄소에 전류를 흘리면 빛이 발생하는 것 을 발견하여, 파리의 콩코드 광장에 2,000개의 전지로 탄소아크 가로등을 점등한 것이 전등의 시초이다. 이 전등은 빛이 너무나 강렬해서 가정에서는 사용할 수가 없었다.

1879년 10월 21일 미국의 토머스 에디슨(Thomas Alva Edison)이 면으로 된 실을 탄화시킨 필라멘트를 사용해 44시간 점등한 후 실용화하기에 이른다. 물론 에디슨 이전에도 많은 과학자들이 전구 발명에 힘써 왔기에 에디슨이 최초의 발명가는 아 니다. 그러나 에디슨은 영국의 조지프 스완(Joseph Wilson Swan)과 합작하여 전 구 실용화에 성공한 발명가임에는 틀림이 없다.

1894년 셀룰로오스(cellulose)를 사용한 탄소필라멘트 전구가 사용되었으나 고온에 서 탄소가 증발하여 전구 안쪽이 검게 되는 문제(흑화현상)가 있었다. 1910년 미국 의 쿨리지(William David Coolidge)가 텅스텐을 가는 선으로 만드는 데 성공해, 필 라멘트에 사용함으로서 전구의 수명은 더 길어지게 되었다. 1913년 미국의 어빙 랭 뮤어(Irving Langmuir)는 고온에서 필라멘트가 끊어지는 것을 방지하기 위해 유리 구 속에 질소 가스를 주입하여 전구의 수명을 길게 하였다. 지금의 전구는 아르곤 가스와 질소가스를 혼합하여 사용하고 있으며 필라멘트는 효율을 높이기 위하여 코일모양으로 감아서 사용하고 있다.

우리나라에서는 1887년 3월 6일 경복궁 건청궁에서 최초로 전등을 사용했다. 미국 에 다녀온 사절단이 어두운 밤을 대낮같이 밝게 해주는 전구에 대해 고종에게 설명 하고 발전소 건설을 건의했다. 고종은 미국의 에디슨 전기회사에게 전기공사를 맡 기게 되었고 에디슨 전기회사는 건청궁 앞에 있는 연못(향원지)의 물을 끌어들여 전기를 만드는 발전소를 지어 우리나라 최초의 전등불을 밝혔다.

백열전구의 진화

시크릿 스페이스

. ‘백열전구 역사 속으로’ 동영상

. ‘미래의 빛을 환하게 밝혀줄 LED’ 동영상

Q1. 백열전구의 생산과 수입이 금지되고 있는 이유는 무엇일까?

Q2. 백열전구와 LED의 장단점은 무엇일까?

생각

열기 백열전구와 LED

장점 단점

백열전구

생각

펼치기 LED 함수식 만들기

함수식 만들기

. 백열전구와 LED의 온도변화량과 밝기를 측정한 값이 다음과 같다.

1) 백열전구 1개의 온도변화량을 a라고 두고, 백열전구의 개수를 라고 한 후 백열전 구 전체의 온도변화량 값에 관한 함수를 만들어 본다.

2) LED 1개의 온도변화량을 b라고 두고, LED의 개수를 라고 한 후 LED 전체의 온 도변화량 값에 관한 함수를 만들어 본다.

3) 백열전구 1개의 밝기를 c라고 두고, 백열전구의 개수를 라고 한 후 백열전구 전 체의 밝기 값에 관한 함수를 만들어 본다.

4) LED 1개의 밝기를 d라고 두고, LED의 개수를 라고 한 후 LED 전체의 밝기 값에 관한 함수를 만들어 본다.

1.

생각 펼치기

표 만들기

1) 백열전구 1개의 온도변화량을 a라고 두고, 백열전구의 개수를 x라고 한 후 백열전구 전체의 온도변화량 y값에 관한 함수

2) LED 1개의 온도변화량을 b라고 두고, LED의 개수를 x라고 한 후 LED 전체의 온도 변화량 y값에 관한 함수

3) 백열전구 1개의 밝기를 c라고 두고, 백열전구의 개수를 x라고 한 후 백열전구 전체 의 밝기 y값에 관한 함수

4) LED 1개의 밝기를 d라고 두고, LED의 개수를 x라고 한 후 LED 전체의 밝기 y값에 관한 함수

LED 함수식 만들기

1.

생각

펼치기 LED 함수식 만들기

1.

2.

3.

그래프 그리기

. 순서쌍(x,y)를 좌표로 하는 점을 좌표평면 위에 나타내어 본다. (모눈종이 사용)

함수 y=ax (a≠0) 의 그래프의 성질

. 함수 y=ax의 그래프는 원점을 지나는 직선이다.

. a>0일 때는 제1사분면과 제3사분면을 지난다.

. a<0일 때는 제2사분면과 제4사분면을 지난다.

예시문제 풀어보기

1) 함수 의 그래프를 그려라. (모눈종이 사용)

2)다음 함수 중에서 그 그래프가 제2사분면과 제4사분면을 지나는 것을 모두 찾아라.

(1) (2) (3) (4)

생각 다지기

백열전구와 LED의 온도변화량과 밝기를 나타낸 그래프를 보고 백열전구와 LED의 1개 가격대비 경제성을 비교해 보자.

LED의 효율성 주장은 정당한가?

백열전구와 LED는 공존할 수 없는가?

LED에 대해 토론하기

1.

2.

3.

생각

되돌아보기 ^LED조명

LED조명

출처:새로운 조명-LED와 세라믹 메탈할라이드

LED조명은 사실 광효율이 좋다기보다는 저전력 조명이다. 실제로 백열전구 나 할로겐램프를 제외하고는 대부분 기존 광원의 효율을 LED램프나 LED조 명기구가 쫓아올 수 없다. 그럼에도 불구하고 LED조명은 전기소모량이 적다 는 장점 때문에 많은 관심을 끈다.

LED광원은 기존 광원에 비해 직진성이 강하기 때문에 스폿라이트나 경관조 명용으로 사용하기 적합하다. 조명이 필요한 곳에만 집중적으로 필요한 양만 큼 빛을 쏘아주며 되기 때문이다. 따라서 사용용도에 따라 광효율이 좋다고 볼 수도 있다. 하지만 각종 형광램프가 사용되고 있는 사무실 공간이나 일반 가정집 조명에 LED 램프를 사용하는 것은 사실 기존 광원만큼의 충분한 빛 을 제공하지 못하기 때문에 효율적이라 하기 어렵다.

우리나라는 유난히 밝은 빛을 선호하여 꼭 필요로 하는 곳에 빛을 비추기보 다 전체 공간에 밝은 빛을 비추는 것을 즐겨왔고, 스탠드와 같은 개인조명 사 용을 즐기는 조명 선진국과는 달리 공용조명을 선호하는 소비패턴을 가지고 있기 때문에 이러한 빛에 대한 인식을 조금 바꾼다면 충분히 기존 광원을 대 체할 수 있을 것이다.

전기에너지와 디자인

02

Module

여기서 우리는

1. 페러데이, 전기를 만들다.

Prologue

패러데이가 발견한 법칙으로, 1833년 발견한 전기분해 법칙과 이보다 2년 전에 발 견한 전자기유도(電磁氣誘導) 법칙이 있다. 전기분해 법칙에 의해 물질의 원자구조 와 관련해서 전기량에도 최소 단위(기본 전하량)가 존재한다는 것이 처음으로 예측 되었고, 전자기유도법칙은 전자기유도가 일어나는 방식을 밝혀냈다.

전기분해

전기분해를 하는 동안 전극에 흐르는 전하량(전류×시간)과 전기분해로 인해 생긴 화학변화의 양 사이의 정량적인 관계를 나타내는 법칙이다. 1833년 패러데이가 논 문을 발표하였으며, 전기화학의 가장 기본적인 법칙이다.

전자기유도

전자기유도에 의해 회로 내에 유발되는 기전력의 크기는, 회로를 관통하는 자기력 선속(磁氣力線束)의 시간적 변화율에 비례한다. 기전력의 방향을 정하는 렌츠의 법 칙과 함께 전자기유도가 일어나는 방식을 나타낸다.

패러데이의 법칙

두산백과

생각

열기 자석, 전기를 만들다

. 상황제시 PPT

'자석, 전기를 만들다' 동영상을 감상한 후 아래의 질문에 답해보자.

1) 는 1861년 전자기유도현상을 발견하였다.

여기는 1800년 영국.

과거로 돌아가 페러데이 를 만난 빛나 중학교 친 구들.

페러데이의 물리학 원리 를 배우고 함께 그린에 너지를 개발한다.

생각

펼치기 주사기 발전기

탐구활동 - 주사기 발전기 제작

1) 새 주사기에서 바늘과 캡을 제거한다.

2) 가는 에나멜선을 주사기 바깥부분에 감아 세 종류를 만든다.

(300,400,500회)

* 4명 1조의 경우 각각, 300,400,500,600회를 감고 이를 비교해 본다.

* 코일을 감은 후 셀로판테이프를 감아줌으로 플어지지 않도록 한다.

3) 원통형 네오디뮴 자석 1개를 주사기 안에 넣고 끝을 피스톤으로 막는다.

4) 코일 두 끝에 LED를 연결한 후 주사기를 흔들어 LED 불빛을 관찰한다.

5) 코일 감은 수와 불빛의 세기, 자석의 운동 속력과 불빛의 세기를 비교해보자.

탐구결과

1) 코일을 많이 감을수록 LED 불빛의 세기가 (크다. 작다)

2) 자석을 빠르게 운동시킬수록 LED 불빛의 세기가 (크다. 작다)

1.

2.

생각

다지기 주사기 발전기 활용하기

패러데이의 유도전기를 이용하여 LED를 밝히고 이를 응원도구에 응용한 것을 그려보자.

1) 그림

2) 설명

1.

생각 되돌아보기

주사기 발전기 배경이론 및 원리

아래의 참고자료를 읽고, 주사기 발전기의 원리를 이해하자.

1) 발전기의 원리는 코일 안의 자기장을 변화시켜 전압을 유도하는 전자기유도현상이다.

2) 자기장 안에서 움직이는 구리도선의 수가 많을수록 보다 큰 전압이 유도된다.

3) 그러나 고리수가 많을수록 자석을 밀어 넣기가 힘들어진다.

4) 유도전압의 크기는 얼마나 빨리 자기력선이 코일에 들어가고 나갔는지에 의존한다.

5) 주사기 속 자석의 빠른 운동은 큰 전압을 유도한다.

6) 코일의 양 끝에 연결된 LED에는 불이 깜박인다.

주사기 발전기의 원리

여기서 우리는

2. 내가 LED 응원도구

디자이너

Prologue

프랑스 루브르박물관에서 한국 디자인 제품이 전시된다. KOTRA는 산업통상자원 부, 디자인진흥원과 30일까지 `파리 루브르 한국디자인상품전`을 개최한다고 밝혔 다.

한국 디자인 제품이 전시되는 곳은 루브르 박물관과 연결되어 있는 카루젤 두 루 브르 전시장이다. 미테랑 대통령 시절 추진된 파리의 역사문화를 미래적으로 재해 석한 도시 프로젝트의 일부로 건축됐으며, 루브르의 상징인 유리 피라미드 지하에 위치해 있다. 프랑스의 대표적 예술·디자인 이벤트인 프레타포르테, 파리포토, 아 트페어가 열리는 장소다.이곳에 한국의 독특한 디자인과 우수 기술이 결합한 상품 30여점이 전시되고, 프랑스와 유럽 각국에서 유치한 100여명의 바이어가 비즈니 스 상담을 위해 방문했다. 전시는 주방기구와 식품, 패션과 뷰티, 스마트 라이프의 세 카테고리로 이뤄졌다.

전시장 입구에 설치된 대형 미디어 파사드는 한국의 광화문을 영사해 관람객이 마 치 광화문을 통해 전시장에 들어가 한국의 제품을 만나는 듯 한 경험을 할 수 있도 록 기획했다.행사 마지막 날에는 프랑스인 멤버 1명이 포함된 한불합작 3인조 신인 걸그룹 `글로스(The Gloss)`의 데뷔 공연도 예정돼 있다. 신환섭 KOTRA 중소기업 지원본부장은 “세계 트렌드를 주도하는 명품도시 파리의 심장 루브르에서 한국의 상품과 한류가 접목된 사업으로 국가 이미지가 한 단계 상승될 것으로 기대된다”

고 밝혔다.

루브르에 한국 상품 전시된다

국가 이미지가 한 단계 상승될 것으로 기대

ETN news

생각

열기 생활을 위한 디자인

1. 일상생활에 필요한 물건들을 아름다운 형태로 디자인하는 이유는 무엇일까?

2. LED를 이용한 생활 속 디자인제품에는 어떤 것들이 있을까?

생각

펼치기 제품디자인

제품디자인은 무엇일까?

제품디자인의 목적은 무엇일까?

.

1.

2.

우리 주변에서 볼수있는 다양한 제품들의 디자인을 살펴 봅시다

생각 펼치기

LED 응원도구를 실용화할 수 있도록 디자인을 해보자.

1) 스크래치 종이에 나무펜으로 아이디어 스케치를 한다.

2) 디자인에 적합한 재료를 생각하고 준비한다.

제품디자인

1.

제품디자인

생각 펼치기

3) 렌더링한다.

제품디자인

제품디자인

생각 다지기

생활 속의 불편한 디자인의 예를 찾아보고 어떻게 디자인하면 좋을지 생각해 보자.

LED를 이용한 생활 속 제품에는 어떤 것들이 있는지 적어보고, 그 제품을 개 선시킬 수 있는 새로운 디자인을 생각해보자.

제품디자인

1.

2.

생각 되돌아보기

렌더링 [rendering]_두산백과

평면인 그림에 형태·위치·조명 등 외부의 정보에 따라 다르게 나타나는 그 림자·색상·농도 등을 고려하면서 실감나는 3차원 화상을 만들어내는 과정 또 는 그러한 기법을 일컫는다. 즉, 평면적으로 보이는 물체에 그림자나 농도의 변 화 등을 주어 입체감이 들게 함으로써 사실감을 추가하는 컴퓨터그래픽상의 과 정이 곧 렌더링이다. 2차원이나 3차원 그래픽스 영상을 작성할 때 최종 단계에 해당한다. 보통 2차원 그래픽스에서는 완료된 화상을 생성하는 최종 화상 처리 공정을, 3차원 그래픽스에서는 컴퓨터 안에 기록되어 있는 모델 데이터를 디스 플레이장치에 묘화(描畵)할 수 있도록 영상화하는 것을 가리킨다.

가장 간단한 렌더링 방법으로는 물체의 모서리만을 그려주는 와이어프레임 (wireframe) 렌더링을 들 수 있다. 또 가장 많이 이용되는 기본적 렌더링 방법 으로 레이트레이싱(raytracing) 렌더링이 있다. 광선의 굴절·반사 등을 계산해 서 광선이 시작되었던 조명에 이를 때까지의 경로를 역추적해 나가는 과정을 통 해서 각 픽셀의 색상을 결정하는 렌더링 방법이다.그밖에 광선이 난반사될 때 주변의 다른 물체들과의 관계를 포괄적으로 고려하면서 렌더링하는 래디오서티 (radiosity) 렌더링 방법 등이 있다.

렌더링

아래의 참고자료를 읽고, 나의 렌더링에 보충할 부분을 그려보자.

기술과 발명

03

Module

여기서 우리는

1. 센스 있는 중력 스위치

1. 센스 있는 중력 스위치

Prologue

1. 중력

질량이 있는 모든 물체 사이에는 서로 끌어당기는 만유인력이 작용한다. 특히 지구가 물체를 잡아당기는 힘을 중력이라 한다. 정확히는 만유인력과 지구의 자전에 따르는 원 심력을 더한 힘이다. 중력이 존재하기 때문에 우리는 공중에 떠 다니지 않고 지표면에 서 생활한다.

2. 중력가속도

중력의 크기는 물체의 질량에 비례하므로 자유낙하하는 물체는 질량에 상관없이 일정 한 가속도로 떨어진다. 약 9.8㎨의 이 가속도를 중력가속도 g라 한다. 그러나 정확한 중력가속도는 장소에 따라 조금씩 다르다. 이것은 지구 자전에 따른 원심력이 위도에 따라 다르고, 지구가 완전한 구체가 아니라 약간 평평한 타원체이며, 지구 내부의 지질 구조가 균일하지 않기 때문이다. 예를 들어 반지름이 가장 크고 원심력이 강한 적도에 서 중력은 최소가 되고, 반지름이 작고 원심력도 작은 극지방에서 중력이 최대가 된다.

단진자의 주기를 이용하여 지구상의 한 지점에서의 중력가속도를 측정할 수 있는데, 이 를 절대 중력값이라 한다.

3. 무중력

만약 중력이 없다면 우주선 안의 우주비행사처럼 공중에 떠다니며 생활하고, 바닥의 마 찰력을 이용할 수 없어서 항상 무언가를 붙잡고 이동해야 할 것이다. 또한 컵을 기울여 도 음료가 쏟아지지 않기 때문에 반드시 빨대가 필요할 것이다. 무중력상태는 중력의 영향을 거의 받지 않는 우주공간에서만 가능한 것은 아니다. 자유낙하하고 있는 물체 속에 있으면 중력을 느낄 수 없다. 예를 들어 우주비행사는 높은 고도에서 엔진을 끄고 떨어지는 비행기 속에서 무중력 적응훈련을 한다. 또 높은 곳에서 떨어지는 놀이기구를 타면 잠깐이나마 무중력을 느낄 수 있다.

중력

gravity , 重力

두산백과

생각

열기 여러가지 힘

. 상황제시

1. 우리가 지구에 붙어서 살 수 있는 이유가 무엇일까?

2. 번지점프를 하면 아래로 떨어지는 이유가 무엇일까?

3. 자기를 다양한 방법으로 표현할 수 있는 중력센서를 이용한 LED발광 응원 장치는 어떤 것이 있을까?

2002년 한국에서 열리는 월드컴 경기. SM에 취업하 기 위해 인턴 사원이 되어 모인 빛나 중학교 동기들 은 첫 미션으로 월드컵 응 원전을 기획하게 되었다.

야간경기로 치러지는 한국 팀의 결승전을 위해 멋진 응원전을 계획해 능력을 보여주자!

생각

펼치기 중력이란?

중력이란?

중력의 방향은?

1.

2.

생각

펼치기 무게, 질량, 중력

무게란 무엇인가?

1) 무게의 정의 :

2) 무게의 단위 :

3) 무게를 측정하는 도구 :

질량이란 무엇인가?

1) 질량의 정의 :

2) 질량의 단위 :

3) 질량을 측정하는 도구 :

달에서의 중력

. 달의 중력은 지구의 약 이다.

[예시문제]

1.

2.

3.

생각

펼치기 중력 센서

중력센서의 원리 이해하기

1) 중력센서의 원리는 무엇일까?

2) 중력센서를 사용한 예는 무엇이 있을까?

1.

생각

펼치기 중력 센서를 이용한 응원도구 만들기

중력센서의 원리를 이용하여 LED 발광 응원 도구를 만들어 보자.

① 발광다이오드, 둥근전지, 중력센서를 연결한다.

② 중력센서 아래, 위로 가도록 움직여보며 발광다이오드에 빛이 들어오는 지 확 인한다.

1.

생각

펼치기 중력 센서를 이용한 응원도구 만들기

③ 머리띠, 장갑 등에 부착하여 중력센서 응원도구를 만들어본다.

손목, 머리의 움직임을 이용하는 것 이외에 신체의 어느 부분에서 중력센서 를 사용할 수 있을까?

2.

생각

다지기 응원도구 만들기

관절이 있는 신체부위를 이용하여 응원동작하기

1) 중력센서를 이용한 LED 발광 응원소품으로 응원을 해보자.

2) 팔찌, 머리띠로 활용해보자.

3) 관절을 움직일 때마다 LED가 켜졌다 꺼지는 것을 응원동작과 연결해보자.

1.

생각 되돌아보기

중력센서를 활용하여, 어떤 LED 응원도구를 더 만들 수 있을지 생 각해보자

중력센서 응용하기

여기서 우리는

2. 에너지의 전환

손뼉 치며 만드는 에너지

Prologue

휴대용 전자소자의 끊임없는 소형화는 일반적인 배터리 기술에 의존하면서 계속 적으로 문제를 유발하고 있다. 그러나 가까운 미래에 마이크로- 및 나노크기 소자 들이 건강관리, 인프라구조나 환경 감시, 사물인터넷, 국방 기술 등에서 폭넓게 이 용될 것이라는 것은 당연시되고 있다.

이 응용 영역들에서 배터리 디자인은 현재 일반적인 리튬-이온 배터리 이외의 방 법을 찾고자 노력하고 있다. 저장된 전력에 의존하는 것에 비해 나노소자들은 새롭 고 나노크기인 전력원을 사용할 가능성이 높다.

압전 나노발전기 기반의 자가 발전 나노기술은 나노소자와 나노시스템들이 작동 하는 주위환경으로부터 수확된 에너지를 이용하여 전력을 공급하는 것이 목표이다.

이는 유기와 무기 물질들을 이용하여 기계적인 에너지를 수확하기 위한 완벽히 새 로운 접근방법을 제공한다.

자가전력 시스템에 대한 나노기술

건강관리, 인프라구조, 사물인터넷, 국방 기술 등에서 폭넓게 이용

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

생각

열기 압전소자의 원리

. 동영상 탐구 'Piezoelectric footprint'

사람의 발걸음을 이용하여 LED를 밝히는 'Piezoelectric footprint' 동영상을 감상한 후 아래의 질문에 답해보자.

Q1. LED 불은 어떻게 켜지게 되었나?

Q2. 압전소자는 을 으로 변화시킴으로 전기를

생각

펼치기 압전소자를 이용한 장갑 만들기

압전소자의 원리를 이용하여 LED 발광 응원 장갑을 만들어 보도록 한다.

1) 재료 확인 : 압전소자 1개, LED 2개, 고정핀과 캡 2세트, 전선 2개

2) 압전소자에 달린 전선을 검전기에 연결하고 손가락으로 압전소자를 두드리며, 전기의 발생을 확인해 본다.

3) 그림과 같이 압전소자와 LED를 연결한다.

LED연결시 극을 반대로 하여 연결한다.

4) 압정핀은 장갑의 손등 안쪽에서 빼 내어 LED가 밖에 보이도록 한다.

5) 압전소자에 압력을 가함(박수침)으로 LED에 불빛이 나오는지 확인한다.

1.

고정핀과 캡

생각

펼치기 응원도구 만들기

장갑 만들기 탐구 결과

1) 압전소자가 전기를 발생시키는 때는 언제인가?

① 압전소자에 압력을 가했을 때 ② 압전소자에 가했던 압력을 없앴을 때 ③ 두 가지 모두

2) 압전소자가 연결된 LED는 어떤 경우에 불이 켜지는가?

① 압전소자에 압력을 가했을 때 ② 압전소자에 가했던 압력을 없앴을 때 ③ 두 가지 모두

3) LED 연결 시 극을 반대로 하여 고정하는 이유는 무엇일까?

1.

생각

다지기 응원도구 아이디어나누기

압전소자를 이용한 다른 응원도구를 생각해 보고 아이디어에 대해 서로 이야기를 나누어 보자.

1.

생각

되돌아보기 ^{압전소자란?}

▶압전소자란?

압력(진동)을 전기로 바꾸거나 전기를 압력(진동)으로 바꾸어주는 소자

▶압전소자가 전기를 발생하는 원리

수정이나 로셀염 등의 결정에 압력을 가하면 결정 겉면에 전기적 분극이 일어나 전압이 발생하여 전류가 흐르게 됨(1880년 피에르 퀴리와 자크 퀴리가 발견)

▶압전소자의 이용분야

수정을 이용한 피에조 압전소자

정상상태 압력을 가한 경우 가했던 압력을 푼경우

여기서 우리는

3. LED 응원전 시작!!

3. LED 응원전 시작!!

Prologue

우리나라 야구경기에서의 치어리딩

[2013 SK 스마트팬북] 와이번스 응원의 모든 것

선진 프로야구라고 하면 세계 최고 의 선수들이 집결해 있는 미국 메이 저리그(MLB)와 두 번의 WBC대회 에서 우승을 차지한 일본 프로야구 (NPB)를 떠올리는 사람들이 많다.

하지만 MLB와 NPB도 한국 프로야 구를 따라올 수 없는 분야가 있으니 그것은 바로 야구장의 응원문화다.

야구를 전혀 모른 채 친구의 손에 이끌려서 야구장에 온 사람들도 금세 함께 할 수 있게 만드는 비밀이 여기에 있다. 신나는 응원가와 함께 응원단장의 흥을 돋 우는 추임새를 듣고, 스타일리시한 치어리더들의 파워풀한 댄스며 재미있는 율 동까지 따라 하다 보면 어느새 야구장의 분위기에 푹 빠지게 된다. 그만큼 한국 의 응원 문화는 매력적이다. 응원으로 일상 생활에서의 스트레스를 날려 버리게 되고 새로운 활력을 충전할 수 있다. 이른바 ‘Healing’의 수단으로 응원이 활 용되며 프로야구의 가치를 더욱 높이고 있는 것이다.

생각

열기 치어리딩이란?

. 치어리딩 동영상

(출처: 사단법인 대한치어리딩협회)

1. 치어리딩 댄스는 어디서 시작되었을까?

2. 주위에서 볼 수 있는 치어리딩 댄스의 대표적인 예는 무엇인가?

3. LED를 이용한 응원도구는 어떤 것이 있을까?

생각

펼치기 치어리딩 배우기

치어리딩 댄스의 특징

LED란?

LED를 이용한 응원도구를 생각해보자.

기본 동작 익히기

. 팔동작 . 다리동작 . 점프동작 . 꾸미기동작

1.

2.

3.

4.

생각 펼치기

치어리딩 댄스를 창작해보자.

1) 주제 정하기

2) 대상 관찰 및 소재 정하기

3) 표현 내용 구성하기

치어리딩 창작하기

1.

생각

펼치기 치어리딩 창작하기

4) 표현 동작 만들기와 연결하기

5) 음악 및 소도구 준비하기

6) 연습 및 발표하기

평가

1) 꾸미기 동작을 할 때 서로를 돕고 안전을 지켜주려는 마음이 있었는지 서로 평가 해본다.

2) 자기표현을 위한 도구로써의 LED응원도구 활용이 잘 이루어졌는지 생각해본다.

3) LED응원도구의 효과성과 활용이 적절히 되었는지 평가해 본다.

생각 다지기

1.

치어리딩 평가하기

생각 되돌아보기

1. 응원전의 시각적인 아름다움과 협동, 응원으로 인한 감정의 변화 등 에 대해 토론하고 기록해보자.

2. LED를 응원한 응원도구로 응원을 할 때는 어떤 장점이 있을까?

치어리딩 기록하기

나를 표현하는 LED

04

Module

여기서 우리는

1. 나의 미래를 밝힌다!

1. 나의 미래를 밝힌다!

Prologue

자외선을 광원으로 하는 발광 다이오드. 무선 단거리 통신에 적합하나 태양 광이나 강한 등불 때문에 특수한 환경 이외에는 사용할 수 없고, 롬(ROM) 메모리 소거와 반도체 IC 제작 단계, 미소한 화학 물질 검출, 인간 게놈 분석, 심장 치료 등 다양한 분야에서 응용된다.

자외선 발광 다이오드

Ultraviolet Light Emitting Diode

네이버 지식백과

생각

열기 비밀펜의 원리

. 동영상. 시크릿 쥬쥬 다이어리’ 광고 영상

'시크릿 쥬쥬 다이어리' 광고영상을 감상한 후 아래의 질문에 답해보자.

Q1. '시크릿 쥬쥬 다이어리'에 사용된 비밀펜의 원리는 무엇일까?

생각 펼치기

조명에 따른 물체의 색

1) 빛의 삼원색은 무엇인가?

2) 빨간색 종이로 만든 사과는 빛의 합성 실험 장치 조명에 따라 어떤 색으로 보이는가?

3) 초록색 종이로 만든 사과는 빛의 합성 실험 장치 조명에 따라 어떤 색으로 보이는가?

4) 조명에 따라 물체의 색이 다르게 보이는 이유는 무엇일까?

5) 조명에 따라 물체의 색이 다르게 보이는 예를 말해보자.

조명과 물체의 색

1.

빛의 합성장치 실험

생각

펼치기 비밀편지

비밀편지를 이용한 자기표현

1) 빛의 영역 중 자외선은 어떤 특징을 가질까?

2) 비밀펜(자외선을 비추었을 때 색깔이 푸른색이 나타남)의 원리는 무엇일까?

3) 특정 빛을 반사할 시 어떤 색이 우리 눈에 보이게 되는가?

1.

생각

다지기 나의 미래 계획

나의 미래 계획

1) 미래의 자신의 모습에 대해 생각해 보고 자신의 발전을 위한‘자기개발 계획서’

를 작성해 본다.

2) 완성된 ‘자기개발’계획서를 자외선 LED로 비추어 내용을 확인해 보고 발표해 보도록 한다.

자외선 LED가 생활에서 사용되는 예를 생각해보도록 한다.

1.

1.

생각 되돌아보기

자외선 LED를 사용한 비밀 펜 외에 다른 방법으로 쓸 수 있는 비밀 펜의 원리를 찾아보자.

비밀펜의 원리를 활용하기

84

여기서 우리는

2. 나에게 맞는 진로 찾기

84

Prologue

한국폴리텍대학 대구캠퍼스는 지난 4일과 11일 대구 특성화고 학생들을 대상으로 직업체험 캠프를 열었다.

특성화고 초청 '직업체험 캠프'

한국폴리텍대 대구캠퍼스

생각

열기 진로 동영상 탐구

. 동영상 1. 지식채널 -엄마 말 잘 들어

. 동영상 2. 지식채널_꿈, 도전, 갈망의 스티브잡스

생각

열기 진로 동영상 탐구

동영상 탐구 '엄마 말 잘 들어' + '꿈, 도전, 갈망의 스티브잡스'

1) '엄마 말 잘 들어'에서 나의 첫 꿈은 무엇이었나?

2) 스티브잡스가 성공한 이유 중 하나를 쓰시오.

3) 다음은 스티브 잡스가 말한 것입니다. 빈 란을 채우시오.

"가장 중요한 것은 를 갖는 것 입니다."

1.

생각

펼치기 진로와 직업

관련된 것을 서로 연결하시오.

1) 진로 ① 생계유지를 위한 경제적, 사회적 활동

2) 직업 ② 사람이 일생을 통하여 살아나가는 길

관련된 것을 서로 연결하시오.

1) 적성 ① 어떤 일이나 활동에 대해 즐겁고 좋은 느낌이 듬

2) 흥미 ② 어떤 일을 잘할 수 있는 소질이나 능력

3) 성격 ③ 대인 관계시 일관성있게 나타나는 개인의 행동방식

1.

2.

생각 펼치기

나의 직업을 탐색하고, 선택할 때 어떤 기준을 종요하게 여기는지 순위를 매겨 보자.

LED관련 직업 5가지를 적어보자.

나의 직업 탐색

1.

2.

생각

다지기 LED 관련 직업

LED관련 직업을 5가지 이상 찾아 발표하고 자신에게 맞는 진로를 탐색해 보 는 시간을 갖는다.

1.

생각 되돌아보기

새로 생겨난 직업들과 사라진 직업들의 예를 살펴보고, 내가 알고 있는 새로운 직업과 사라진 직업들을 적어보자.

그리고 나의 진로와 미래의 직업에 대해 생각해보자.

1. 새로 생겨난 직업들 우주여행 가이드 애완동물 조련사

애완동물 인공고환 제작자 웃음치료사

수족관 인어공주 파트타임 택시기사 인체냉동사

2. 사라진 직업들 등짐엿장수 길거리 약장수 학교 급사 버스 차장 트럭조수

극장 간판 그리는 사람 벼룩잡는 사람

LED 관련 직업

2013 융합인재교육(STEAM)프로그램 중등 LED

학생용 교재

연구 책임 : 김연정 교수, 최정아 교수 저 자 : 대성중학교 교사 곽효길, 손주영 이화여대 사범대학 박사과정 김지연