KR101107613B1 - 전자기 유도현상 교육용 회로조립식 학습교재 - Google Patents

전자기 유도현상 교육용 회로조립식 학습교재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자기 유도현상 교육용 회로조립식 학습교재에 관한 것으로, 다수의 홈(11)이 형성된 회로기판(10); 멜로디 정보를 저장하고 에미터(E)와 콜렉터(C)와 베이스(B)를 구비하며, 회로기판(10)에 실장되는 멜로디 IC(20); 회로기판(10)에 안착되는 제1,2전원(40, 40'); 증폭기를 내장하고 다수의 접속형 관통구(51)가 형성되며, 회로기판(10)에 분리 실장되는 콘덴서(52)를 구비하는 앰프용 기판(50); 회로기판(10)을 수용하는 하우징(60); 콘덴서(52)와 전기적으로 직렬 연결되는 스피커(70); 제1,2코일(90, 90'); 및 제1전원(40)의 양극과 에미터(E)의 전기적인 직렬 연결을 매개하는 코일형 제1단자(31)와, 제1전원(40)의 음극과 제1코일(90)과 콜렉터(C)의 전기적인 연결을 매개하며 접지되는 코일형 제2단자(32)와, 제1코일(90)과 베이스(B)의 전기적인 직렬 연결을 매개하는 코일형 제3단자(33)와, 제2전원(40')의 음극과 스피커(70)의 전기적인 직렬 연결을 매개하면서 증폭기와 연결돼 접지되는 코일형 제4단자(34)와, 콘덴서(52)와 증폭기의 전기적인 직렬 연결을 매개하는 코일형 제5단자(35)와, 제2전원(40')의 양극과 증폭기의 전기적인 직렬 연결을 매개하는 코일형 제6단자(36)와, 제2코일(90')과 증폭기를 각각 연결하는 코일형 제7,8단자(37, 38)로 구성되되, 코일형 제1 내지 8단자(31 ~ 38)는 회로기판(10)의 홈(11)에 삽입돼 고정되고, 코일형 제4 내지 8단자(34 ~ 38)는 앰프용 기판(50)의 접속형 관통구(51)를 관통하면서 물리적/전기적 연결이 이루어지는 코일형 단자를 포함하는 것이다.

Description

전자기 유도현상 교육용 회로조립식 학습교재{Teaching materials for electromagnetic induction}
본 발명은 전자기 유도현상 교육용 회로조립식 학습교재에 관한 것이다.
자연법칙인 전자기 유도현상은 다양한 기술분야에서 널리 활용되고 있고, 일상 생활에서도 다양한 형태로 응용돼 이용되고 있다.
이러한 과학적인 기초이론과 응용 내용은 체계화된 교육을 통해 학생들에게 지속적으로 전달되어야 한다.
한편, 새로운 정보와 각종 과학기술에 대한 호기심이 왕성한 연령대의 학생은 다양한 경험과 교육 등을 통한 유용한 정보의 습득을 갈망한다. 그런데, 상기 경험과 교육은 일시적이면서 일방적인 방식으로 이루어지는 경우가 많고, 이러한 교육방법은 학생들의 흥미를 지속시키지 못하는 한계가 있었다.
더욱이 종래에는, 전자기 유도현상과 같은 무형적인 과학 지식을 교육함에 있어서 교육자가 칠판에 단순히 도시하거나 판서하는 방식으로 학생들에게 이론만을 암기식으로 전달하므로, 학습효율 또한 높지 못하다는 문제가 있었다.
아울러, 이러한 주입식 교육방법은 전자기 유도현상과 같은 과학원리에 대한 학생들의 이해보다는 단순 지식의 일방적인 전달에만 그치는 경우가 많아, 학생들이 실제로 체험하고 적극적으로 참여할 수 있는 학습교재가 시급히 요망되었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 안출된 것으로, 학생들이 전자기 유도현상이라는 과학지식에 대한 교육을 효과적으로 습득하고, 아울러 학생들이 호기심을 갖고 적극적으로 교육과정에 참여해서 전자기 유도현상과 같은 순수 과학이론의 학습효율을 극대화할 수 있는 전자기 유도현상 교육용 회로조립식 학습교재의 제시를 기술적 과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
다수의 홈이 형성된 회로기판;
멜로디 정보를 저장하고 에미터와 콜렉터와 베이스를 구비하며, 회로기판에 실장되는 멜로디 IC;
회로기판에 안착되는 제1,2전원;
증폭기를 내장하고 다수의 접속형 관통구가 형성되며, 회로기판에 분리 실장되는 콘덴서를 구비하는 앰프용 기판;
회로기판을 수용하는 하우징;
콘덴서와 전기적으로 직렬 연결되는 스피커;
제1,2코일; 및
제1전원의 양극과 에미터의 전기적인 직렬 연결을 매개하는 코일형 제1단자와, 제1전원의 음극과 제1코일과 콜렉터의 전기적인 연결을 매개하며 접지되는 코 일형 제2단자와, 제1코일과 베이스의 전기적인 직렬 연결을 매개하는 코일형 제3단자와, 제2전원의 음극과 스피커의 전기적인 직렬 연결을 매개하면서 증폭기와 연결돼 접지되는 코일형 제4단자와, 콘덴서와 증폭기의 전기적인 직렬 연결을 매개하는 코일형 제5단자와, 제2전원의 양극과 증폭기의 전기적인 직렬 연결을 매개하는 코일형 제6단자와, 제2코일과 증폭기를 각각 연결하는 코일형 제7,8단자로 구성되되, 코일형 제1 내지 8단자는 회로기판의 홈에 삽입돼 고정되고, 코일형 제4 내지 8단자는 앰프용 기판의 접속형 관통구를 관통하면서 물리적/전기적 연결이 이루어지는 코일형 단자;
를 포함하는 전자기 유도현상 교육용 회로조립식 학습교재이다.
상기의 본 발명은, 조립식 회로 구조물을 직접 조립 및 조작해 보면서 학생들의 호기심을 고취시키고, 이론으로 배운 과학원리를 학습교재의 구동모습을 통해 실제로 체감하면서 전기,전자장비에 대한 이론을 효과적으로 습득할 수 있는 한편, 학생 스스로 완성한 구조물의 성공적인 동작 확인을 통해 성취감은 물론 과학적인 호기심을 지속시켜서, 보다 발전된 학습효과를 기대할 수 있다.
본 발명에 따른 학습교재는 전자기 유도현상을 학생들이 직접 체험할 수 있고, 이러한 체험을 위해 요구되는 전자기적 구성을 직접 구성해보면서, 학생들의 교육효과를 극대화되도록 한다.
참고로, 본 발명에 따른 학습교재는 한 쌍의 제1,2(90, 90')을 인접 배치해 서, 제1코일(90)의 통전에 의한 전자기 유도현상이 다른 제2코일(90')로 진행되도록 하고, 이를 통해 양자 간의 통신이 선 없이도 이루어질 수 있음을 학생들에게 보일 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 학습교재에 대한 설명은 학습교재의 제작과정을 설명하면서 상세히 한다.
이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 회로조립식 학습교재의 멜로디IC를 회로기판에 실장하는 모습을 도시한 사시도인 바, 이를 참조해 설명한다.
본 발명에 따른 회로기판(10)은 다양한 전자부품을 실장할 수 있도록 된 것으로, 상기 회로기판(10)은 학습교재로 활용되는 것이니만큼 학생들이 위험한 납땜 작업을 할 필요없이 전자부품을 안전하면서 쉽게 실장할 수 있도록 된다. 이를 위해 상기 회로기판(10)은 다수의 홈(11)이 형성되어서, 코일형 제1,2,3단자(31, 32, 33) 등을 이용해 전자부품의 기계적인 고정을 가능케 하였다.
이렇게 준비된 회로기판(10)에 코일형 제1,2,3단자(31, 32, 33)를 일정 간격으로 배치 고정한다. 전술한 바와 같이, 회로기판(10)은 다수의 홈(11)이 형성되므로, 코일형 제1,2,3단자(31, 32, 33)를 각각의 홈(11)에 압입해 고정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 코일형 제1,2,3단자(31, 32, 33)는 코일 형태를 이루므로, 학생들은 별도의 도구 없이도 코일형 제1,2,3단자(31, 32, 33)를 나사 삽입하듯이 홈(11)에 고정할 수 있다.
코일형 제1,2,3단자(31, 32, 33)의 고정이 완료되면, 회로기판(10)에 멜로디IC(20)를 실장한다.
멜로디 IC(20)는 멜로디 정보를 갖는 주지,관용의 전자부품으로, 상기 전자부품에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 멜로디 IC(20)는 접속채널로 에미터(E; emitter), 콜렉터(C; Collector), 베이스(B; Base)를 포함하고, 접속채널 각각은 코일형 제1,2,3단자(31, 32, 33)에 전기적,기계적으로 연결된다.
계속해서, 멜로디 IC(20)의 구동을 위한 제1전원(40)을 회로기판(10)에 실장한다. 제1전원(40)은 주변에서 쉽게 얻을 수 있는 직류전원인 배터리(42)로 되고, 이 배터리(42)의 탑재를 위한 배터리 홀더(41)를 더 포함할 수 있다. 참고로, 제1전원(40)의 음극은 콜렉터(C)와 연결될 것이다(도 7 참조).
도 2는 본 발명에 따른 앰프형 기판을 회로기판에 실장하는 모습을 도시한 사시도인 바, 이를 참조해 설명한다.
앰프형 기판(50)은 멜로디 IC(20)로부터 전송된 주파수를 증폭하기 위한 것으로, 도 7에 도시한 바와 같이 주지,관용의 전자부품이 적용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 학습교재는 앰프형 기판(50)에 다수 개의 접속형 관통구(51)를 형성하고, 이 접속형 관통구(51)에는 각각 코일형 제4,5,6,7,8단자(34, 35, 36, 37, 38)가 관통하면서 회로기판(10)의 해당 홈(11)과 결속된다. 물론, 코 일형 제4,5,6,7,8단자(34, 35, 36, 37, 38)는 회로기판(10)과 앰프형 기판(50) 간의 물리적인 체결은 물론 전기적인 단자로서 앰프형 기판(50)과 통전된다. 즉, 코일형 제4,5,6,7,8단자(34, 35, 36, 37, 38)는 앰프형 기판(50)과 다른 전자부품 간의 전기적인 연결을 매개하는 것으로서, 도 7에 도시한 회로 구성을 가능케 한다.
회로기판(10)에 대한 앰프형 기판(50)의 안착이 완료되면, 제2전원(40')을 회로기판(10)에 고정한다. 제2전원(40') 또한 제1전원(40)가 그 구성이 동일/유사할 것이다.
참고로, 제2전원(40')의 음극은 코일형 제4단자(34)와 연결되고, 코일형 제4단자는 앰프용 기판(50)에 내장된 증폭기(도 7 참조)와 연결돼 접지된다.
한편, 회로기판(10)에 250μF의 콘덴서(52)가 실장되고, 상기 콘덴서(52)는 코일형 제5단자(35)를 매개로 앰프용 기판(50)에 내장된 증폭기와 전기적으로 연결된다.
도 3은 상기 회로기판을 덮는 하우징을 도시한 전개도이고, 도 4는 상기 하우징에 회로기판을 탑재하고 스피커를 연결하는 모습을 도시한 사시도인 바, 이를 참조해 설명한다.
회로기판(10)에 멜로디 IC(20), 제1,2전원(40, 40') 및 앰프형 기판(50)의 실장이 완료되면, 상기 회로기판(10)을 수용하는 하우징(60)을 완성해 당해 회로기판(10)을 탑재한다.
하우징(60)은 학생들의 작업 편의를 위해 종이재질로 제작될 수 있고, 도 3 에 도시한 바와 같이 전개도를 도시한 후 완성할 수 있을 것이다.
이때, 하우징(60)은 학생들의 시각적인 호기심 유발이 목적이므로, 표면에는 다양한 무늬가 미장처리될 수 있을 것이다. 아울러, 하우징(60)은 스피커(70)와 제1,2스위치(80, 80'; 도 5 참조) 및 제1,2코일(90, 90'; 도 5 참조)의 배치를 위한, 스피커 고정구멍(61), 스위치 고정구멍(62) 및 코일 관통구멍(63)이 형성되어야 할 것이다.
도 3에 도시한 전개도를 작업해 하우징(60)을 완성하면, 회로기판(10)을 하우징(60)에 삽입해 탑재하고, 스피커(70)를 회로기판(10)에 연결한 후 하우징(60)의 스피커 고정구멍(61)에 배치 고정한다.
참고로, 스피커(70)의 인출전선은 각각 코일형 제4단자(34)와, 콘덴서(52)에 연결되어서, 도 7에 도시한 회로에 상응하도록 될 것이다.
도 5는 상기 회로기판에 스위치와 코일을 각각 연결하는 모습을 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 학습교재의 배선모습을 정리해 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 학습교재의 회로도이고, 도 8은 본 발명에 따른 회로조립식 학습교재의 모습을 도시한 사시도인 바, 이를 참조해 설명한다.
회로기판(10)의 탑재와, 스피커(70)의 고정이 완료되면, 한 쌍의 제1,2스위치(80, 80')와 한 쌍의 제1,2코일(90, 90')을 회로기판(10)의 각 전자부품에 연결한다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 멜로디 IC(20)의 온/오프를 제어하는 제1스위 치(80)는 제1전원(40)의 양극과 멜로디 IC(20)의 에미터(E)에 직렬 연결된다.
한편, 앰프용 기판(50)의 온/오프를 제어하는 또 다른 제2스위치(80')는 제2전원(40')의 양극과 코일형 제6단자(36)에 직렬 연결된다. 물론, 코일형 제6단자(36)는 도 7에서 보인 바와 같이, 앰프용 기판(50)의 증폭기 전자부품과 전기적으로 연결되어서, 그 구동에 필요한 전기를 공급하게 된다.
이렇게 연결된 한 쌍의 제1,2스위치(80, 80')는 각각 하우징(60)의 스위치 고정구멍(62)에 고정되어서, 학생이 쉽게 온/오프를 조작할 수 있도록 한다.
한편, 멜로디 IC(20)와 스피커(70)의 무선 연결을 매개하는 한 쌍의 제1,2코일(90, 90')을 준비해 멜로디 IC(20)와 스피커(70)에 연결한다.
제1,2코일(90, 90')은 탄성이 적은 에나멜선으로 제작될 수 있고, 원형 막대에 20회 정도 감아 코일 형태로 완성할 수 있다. 한편, 이렇게 완성된 제1,2코일(90, 90')의 안정된 형상유지를 위해 통상의 OPP 테이프(91) 등으로 고정할 수 있다.
이렇게 완성된 제1코일(90)은 멜로디 IC(20)의 콜렉터(C)와 베이스(B)에 각각 연결하고, 다른 제2코일(90')은 앰프용 기판(50)의 코일형 제7,8단자(37, 38)에 각각 연결한다. 물론, 코일형 제7,8단자(37, 38)는 도 7에 도시한 바와 같이 앰프용 기판(50)의 증폭기에 연결되어서, 멜로디 IC(20)와 통전하는 제1코일(90)로부터 전자기 유도되어 흐르는 제2코일(90')의 전기를 증폭해 스피커(70)로 전송할 수 있게 된다. 여기서, 제1전원(40)의 음극과 콜렉터(C) 및 제1코일(90)이 연결되는 코일형 제2단자(32)는 접지된다.
결국, 학생이 상술한 과정에 따라 회로조립식 학습교재를 완성한 후, 제1,2스위치(80, 80')를 모두 '온'하면, 제1,2코일(90, 90')을 통해 전기신호가 전자기 유도로 전달되면서, 스피커(70)를 통해 멜로디 IC(20)의 멜로디가 출력된다.
참고로, 한 쌍의 제1,2코일(90, 90')은 코일 관통구멍(63)을 관통해 외부로 노출되어서, 학생이 제1,2코일(90, 90') 간의 간격을 임의로 조정할 수 있고, 상기 간격 변화에 따른 스피커(70)를 통한 멜로디의 출력 상태를 직접 확인해서 전자기 유도 현상에 대한 과학적 사실을 몸소 체험할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 회로조립식 학습교재의 멜로디IC를 회로기판에 실장하는 모습을 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 앰프형 기판을 회로기판에 실장하는 모습을 도시한 사시도이고,
도 3은 상기 회로기판을 덮는 하우징을 도시한 전개도이고,
도 4는 상기 하우징에 회로기판을 탑재하고 스피커를 연결하는 모습을 도시한 사시도이고,
도 5는 상기 회로기판에 스위치와 코일을 각각 연결하는 모습을 도시한 사시도이고,
도 6은 본 발명에 따른 학습교재의 배선모습을 정리해 도시한 도면이고,
도 7은 본 발명에 따른 학습교재의 회로도이고,
도 8은 본 발명에 따른 회로조립식 학습교재의 모습을 도시한 사시도이다.
- 첨부도면의 주요부분에 대한 용어설명 -
10; 회로기판 20; 멜로디 IC 31 내지 38; 코일형 단자
40, 40'; 제1,2전원 50; 앰프용 기판 60; 하우징
70; 스피커 80, 80'; 제1,2스위치 90, 90'; 제1,2코일

Claims (2)

  1. 다수의 홈(11)이 형성된 회로기판(10);
    멜로디 정보를 저장하고 에미터(E)와 콜렉터(C)와 베이스(B)를 구비하며, 회로기판(10)에 실장되는 멜로디 IC(20);
    회로기판(10)에 안착되는 제1,2전원(40, 40');
    증폭기를 내장하고 다수의 접속형 관통구(51)가 형성되며, 회로기판(10)에 분리 실장되는 콘덴서(52)를 구비하는 앰프용 기판(50);
    회로기판(10)을 수용하는 하우징(60);
    콘덴서(52)와 전기적으로 직렬 연결되는 스피커(70);
    제1,2코일(90, 90'); 및
    제1전원(40)의 양극과 에미터(E)의 전기적인 직렬 연결을 매개하는 코일형 제1단자(31)와, 제1전원(40)의 음극과 제1코일(90)과 콜렉터(C)의 전기적인 연결을 매개하며 접지되는 코일형 제2단자(32)와, 제1코일(90)과 베이스(B)의 전기적인 직렬 연결을 매개하는 코일형 제3단자(33)와, 제2전원(40')의 음극과 스피커(70)의 전기적인 직렬 연결을 매개하면서 증폭기와 연결돼 접지되는 코일형 제4단자(34)와, 콘덴서(52)와 증폭기의 전기적인 직렬 연결을 매개하는 코일형 제5단자(35)와, 제2전원(40')의 양극과 증폭기의 전기적인 직렬 연결을 매개하는 코일형 제6단자(36)와, 제2코일(90')과 증폭기를 각각 연결하는 코일형 제7,8단자(37, 38)로 구성되되, 코일형 제1 내지 8단자(31 ~ 38)는 회로기판(10)의 홈(11)에 삽입돼 고정 되고, 코일형 제4 내지 8단자(34 ~ 38)는 앰프용 기판(50)의 접속형 관통구(51)를 관통하면서 물리적/전기적 연결이 이루어지는 코일형 단자;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 유도현상 교육용 회로조립식 학습교재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전원(40)의 양극과 코일형 제1단자(31), 제2전원(40')의 양극과 코일형 제6단자(36)의 전기적인 직렬 연결을 각각 매개하면서, 통전 여부를 제어하는 제1,2스위치(80, 80')를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 유도현상 교육용 회로조립식 학습교재.
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