KR101893465B1 - 학습교구용 표면장력 측정기 - Google Patents

학습교구용 표면장력 측정기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 학습교구용 표면장력 측정기에 관한 것으로, 무게측정부, 무게측정부에 의해 무게 검출이 가능하도록 구비되고 전도성 액체에 의해 전류의 흐름이 발생되는 센싱부, 센싱부에 놓인 상태에서 무게측정부의 무게 검출량을 초기화한 후 표면장력이 파괴되는 시점까지의 상측 표면에 공급되는 전도성 액체의 무게가 검출되는 표면장력피측정물, 및 표면장력피측정물에 공급되는 전도성 액체가 표면장력 파괴로 인해 센싱부로 유동되며 전류의 흐름을 발생시 해당 신호의 발생시점에서 측정된 전도성 액체의 무게를 통한 전도성 액체의 표면장력을 검출하는 연산제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래 기술과 달리 저울에 올려진 센싱부에 쉽게 구할 수 있는 표면장력피측정물을 놓고 나서 표면장력피측정물의 표면에 공급되는 전도성 액체의 표면장력 파괴시점에서 무게를 검출 후 해당표면장력피측정물의 표면장력을 간단히 검출할 수 있는 실험장비를 통해 실험자들에게 호기심과 관심도를 증대시키며, 간단한 실험장비로 인해 구입비용과 유지비용을 절감할 수 있다.

Description

학습교구용 표면장력 측정기{EDUCATIONAL TOOL FOR OBSERVING CROSS SECTION OF SOLID FIGURE}
본 발명은 표면장력 측정기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저울에 올려진 센싱부에 쉽게 구할 수 있는 표면장력피측정물을 놓고 나서 표면장력피측정물의 표면에 공급되는 전도성 액체의 표면장력 파괴시점에서 무게를 검출 후 해당표면장력피측정물의 표면장력을 간단히 검출할 수 있는 실험장비를 통해 실험자들에게 호기심과 관심도를 증대시키며, 간단한 실험장비로 인해 구입비용과 유지비용을 절감할 수 있는 학습교구용 표면장력 측정기에 관한 것이다.
표면장력은 표면의 액체가 서로 끌어당기는 힘을 말하는 것으로 액체는 분자 간의 힘에 의하여 그 표면을 최소화 하려는 특징이 있다. 액체분자 들은 서로 힘이 작용한다. 한 개의 액체 분자는 모든 방향의 주위 분자들로부터 힘을 받게 된다. 하지만, 표면에서는 위로부터 받는 힘이 존재하지 않는다. 이로 인해 표면에서는 중간에서 보다 불안정한 상태이고, 이 불안정한 상태를 최소화하기 위해 액체는 불안정한 부분인 표면을 최소화 하려고 한다.
이러한 불안정성은 표면의 다른 입자에 힘을 작용해 줄 수도 있다. 즉, 액체의 분자간 인력의 균형이 액면 부근에서 깨지고, 액면 부근의 분자가 액체속의 분자보다 위치에너지가 크고, 이 때문에 액체가 전체표면적에 비례한 에너지를 가지게 되어 표면장력이 생기게 된다. 그래서, 표면장력은 단위면적에 작용하는 에너지에 대한 식으로 표현되기도 한다. 실제 사용되는 것은 단위길이의 선의 양쪽에 작용하는 장력에 의해 표시된다.
그 값은 액체의 종류에 따라 결정되는 상수이지만, 온도에 따라서도 변한다.
이렇듯 표면장력은 표면상에 위치한 모든 분자들 간에 작용하는 인력의 형태이며, 이는 액체의 압축에 대한 저항력과 균형을 이루게 된다.
이러한 표면장력을 측정하기 위해, 종래에는 다양한 기술이 이용되었다. 종래의 표면장력의 측정과 관련한 특허로는 국내공개특허공보 제10-1998-026170호(공개일:1998.07.15)가 있다.
이러한 종래의 표면장력을 측정하는 기술은 이미지 또는 형광의 세기 등의 광학적인 정보를 이용하는 것이 대부분이었다.
상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
기존의 표면장력측정기는 측정 방법이 복잡하고, 설치비용이 높아 학생들 상대로 학습교구용 구매하기에 부담이 크고, 측정교구의 부재로 인해 학습 효과가 저감되는 문제점이 있다.
따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 저울에 놓인 센싱부에 쉽게 구할 수 있는 표면장력피측정물을 올려놓고 나서, 센싱부를 통해 표면장력피측정물의 표면에 공급되는 전도성 액체의 표면장력 파괴시점에서 무게를 검출 후 해당표면장력피측정물의 표면장력을 간단히 검출할 수 있는 실험장비를 통해 학생 등 실험자들에게 호기심과 관심도를 증대시키고자 하는 학습교구용 표면장력 측정기를 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 저울, 센싱부, 표면장력피측정물 등의 구성을 갖는 간단한 실험장비로 인해 구입비용과 유지비용을 절감하고자 하는 학습교구용 표면장력 측정기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 학습교구용 표면장력 측정기는: 무게측정부; 상기 무게측정부에 의해 무게 검출이 가능하도록 구비되고, 전도성 액체에 의해 전류의 흐름이 발생되는 센싱부; 상기 센싱부에 놓인 상태에서 상기 무게측정부의 무게 검출량을 초기화한 후, 표면장력이 파괴되는 시점까지의 상측 표면에 공급되는 상기 전도성 액체의 무게가 검출되는 표면장력피측정물; 및 상기 표면장력피측정물에 공급되는 상기 전도성 액체가 표면장력 파괴로 인해 상기 센싱부로 유동되며 전류의 흐름을 발생시, 해당 신호의 발생시점에서 측정된 상기 전도성 액체의 무게를 통한 상기 전도성 액체의 표면장력을 검출하는 연산제어부를 포함한다.
상기 무게측정부, 상기 센싱부 및 상기 연산제어부는 전원공급부에 의해 전원을 공급받을 수 있다.
상기 무게측정부 또는 상기 센싱부는 상기 전도성 액체가 표면장력 파괴로 인해 전류의 흐름이 발생됨을 표시하기 위해 알림부를 연결할 수 있다.
상기 무게측정부, 상기 센싱부 및 상기 연산제어부는 학습교구통에 수납될 수 있다.
본 발명에 따른 학습교구용 표면장력 측정기의 측정방법은: 무게측정부에 센싱부를 올려놓고, 상기 센싱부에 표면장력피측정물을 올려놓으며, 상기 센싱부와 상기 표면장력피측정물의 무게를 초기화하는 표면장력 측정준비단계; 상기 표면장력피측정물의 표면에 공급되는 전도성 액체의 종류를 설정하는 전도성 액체 종류설정단계; 상기 무게측정부를 통해 상기 표면장력피측정물에 공급되는 설정된 상기 전도성 액체의 무게를 측정하는 전도성 액체 무게측정단계; 상기 표면장력피측정물 표면에서 상기 센싱부 측으로 흐르는 상기 전도성 액체의 감지를 비교 판단하는 수분감지 비교판단단계; 및 상기 센싱부가 상기 전도성 액체를 감지하는 시점에서 검출되는 상기 전도성 액체의 무게를 통해 상기 표면장력피측정물에 대한 상기 전도성 액체의 표면장력을 환산 검출하는 표면장력환산단계를 포함한다.
상기 수분감지 비교판단단계 후에는 상기 센싱부가 상기 전도성 액체를 감지한 상태임을 알리는 수분감지 알림단계가 행해질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 학습교구용 표면장력 측정기는 종래 기술과 달리 저울에 놓인 센싱부에 쉽게 구할 수 있는 표면장력피측정물을 올려놓고 나서, 센싱부를 통해 표면장력피측정물의 표면에 공급되는 전도성 액체의 표면장력 파괴시점에서 무게를 검출 후 해당표면장력피측정물의 표면장력을 간단히 검출할 수 있는 실험장비를 통해 학생 등 실험자들에게 호기심과 관심도를 증대시킬 수 있다.
그리고, 본 발명은 저울, 센싱부, 표면장력피측정물 등의 구성을 갖는 간단한 실험장비로 인해 구입비용과 유지비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습교구용 표면장력 측정기의 초기 보관 상태를 보인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습교구용 표면장력 측정기의 사용 상태를 보인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습교구용 표면장력 측정기에 전도성 액체를 공급하는 실험 상태를 보인 요부 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습교구용 표면장력 측정기의 전도성 액체의 표면장력 파괴시점을 보인 요부 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습교구용 표면장력 측정기의 측정방법을 보인 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 학습교구용 표면장력 측정기의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습교구용 표면장력 측정기의 초기 보관 상태를 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습교구용 표면장력 측정기의 사용 상태를 보인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습교구용 표면장력 측정기에 전도성 액체를 공급하는 실험 상태를 보인 요부 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습교구용 표면장력 측정기의 전도성 액체의 표면장력 파괴시점을 보인 요부 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 학습교구용 표면장력 측정기(100)는 학생들 등이 손쉽게 액체의 표면장력 측정을 테스트해 볼 수 있도록 하는 설비로서, 무게측정부(110), 센싱부(120), 표면장력피측정물(130) 및 연산제어부(140)를 포함한다.
무게측정부(110)는 전도성 액체(2)의 무게를 실시간으로 검출하는 역할을 하는 것으로서, 전자저울로 적용 가능하다.
특히, 무게측정부(110)는 다양한 방식으로 전도성 액체(2)의 무게를 실시간으로 측정 가능한 저울로서, 구체적인 구성은 생략한다. 아울러, 무게측정부(110)는 전도성 액체(2)의 무게를 실시간으로 디스플레이(display)할 수 있도록 액정화면(112)을 구비할 수 있다.
그리고, 무게측정부(110)는 전도성 액체(2)의 무게를 직접적으로 검출하는 검출유닛(114)을 구비할 수 있다.
또한, 센싱부(120)는 무게측정부(110)에 의해 무게 검출이 가능하도록 구비된다. 즉, 센싱부(120)는 무게측정부(110)의 검출유닛(114)에 놓이는 것으로 한다. 그리고, 센싱부(120)는 전도성 액체(2)에 의해 전류의 흐름이 발생된다.
여기서, 전도성 액체(2)는 물이나 에탄올 등 소량이라도 전류의 흐름이 발생되는 액체로서, 다양하게 적용 가능하다.
아울러, 센싱부(120)는 전도성 액체(2)로 인해 통전되는 수분센서 등 다양하게 적용 가능하다.
그리고, 표면장력피측정물(130)은 센싱부(120)에 놓인 상태에서 무게측정부(110)의 무게 검출량을 초기화된다. 즉, 표면장력피측정물(130)이 놓인 센싱부(120)는 검출유닛(114)에 놓여진 후, 무게측정부(110)는 영점 세팅 처리된다.
이 후, 표면장력피측정물(130)은 표면장력이 파괴되는 시점까지의 상측 표면에 전도성 액체(2)가 공급된다. 무게측정부(110)는 표면장력피측정물(130)에 공급되는 전도성 액체(2)의 표면장력이 파괴되는 시점의 전도성 액체(2)의 공급량(무게)을 실시간으로 검출하는 역할을 한다. 물론, 무게측정부(110)는 액정화면(112)을 통해 전도성 액체(2)의 무게를 실시간으로 표시할 수 있다.
특히, 표면장력피측정물(130)은 학생 등 실험자들이 용이하게 구할 수 있는 동전으로 적용할 수 있다. 이때, 전도성 액체(2)의 표면장력 측정 대상이 되는 표면장력피측정물(130)은 동일한 동전으로 적용하는 것으로 한다.
아울러, 표면장력피측정물(130)의 표면장력 측정을 위해 사용되는 전도성 액체(2)의 온도는 실온 등 동일한 조건인 것으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 학습교구용 표면장력 측정기(100)는 동일한 전도성 액체(2)의 온도 조건에서 동일한 표면장력피측정물(130)에 다른 종류의 전도성 액체(2)를 떨어뜨리면서 표면장력이 파괴되는 시점의 전도성 액체(2)의 무게를 검출함으로써, 해당 전도성 액체(2)의 무게를 통한 표면장력을 환산 검출하는 설비이다.
물론, 전도성 액체(2)의 온도와 무게에 따라, 표면장력피측정물(130)의 표면장력이 측정될 수도 있다.
이때, 설정된 전도성 액체(2)의 무게와 설정된 표면장력피측정물(130)의 상관관계는 센싱부(120) 또는 연산제어부(140)에 미리 값으로 주어질 수 있다.
특히, 표면장력피측정물(130)에 떨어뜨리는 전도성 액체(2)의 양이 소량으로 일정해야 함에 따라, 실험자는 스포이드 등 공급부재(132)를 이용하여 전도성 액체(2)를 표면장력피측정물(130)에 떨어뜨릴 수 있다.
한편, 연산제어부(140)는 표면장력측피정물(130)에 공급되는 전도성 액체(2)가 표면장력 파괴로 인해 센싱부(120) 측으로 유동되며 전류의 흐름을 발생시, 해당 신호의 발생시점에서 측정된 전도성 액체(2)의 무게를 통한 표면장력피측정물(130)의 표면장력을 검출하는 역할을 한다.
이때, 연산제어부(140)는 무게측정부(110)와 센싱부(120) 중 어느 하나에 포함될 수도 있고, 무게측정부(110) 또는 센싱부(120)와 별도로 구비될 수도 있다.
아울러, 연산제어부(140)는 전달되는 전도성 액체(2)의 무게에 관한 정보를 통해 기설정된 데이터 또는 수식에 의해 해당 표면장력피측정물(130)의 표면장력을 환산하는 로직이 프로그래밍 처리된 인쇄회로기판 등 다양하게 적용 가능하다.
또한, 무게측정부(110), 센싱부(120) 및 연산제어부(140)는 전원공급부(150)에 의해 전원을 공급받을 수 있다. 물론, 무게측정부(110), 센싱부(120) 및 연산제어부(140)는 각각 개별적으로 서로 다른 전원공급부(150)로부터 전원을 인가받을 수도 있고, 하나의 전원공급부(150)로부터 동시에 전원을 인가받을 수도 있다. 아울러, 무게측정부(110), 센싱부(120) 및 연산제어부(140)는 필요에 따라 선택적으로 전원을 인가받을 수도 있다.
전원공급부(150)는 다양하게 적용 가능하다.
한편, 무게측정부(110) 또는 센싱부(120)는 전도성 액체(2)가 표면장력 파괴로 인해 전류의 흐름이 발생됨을 표시하기 위해 알림부(160)를 연결할 수 있다.
편의상, 알림부(160)는 센싱부(120)와 연산제어부(140)에 연결되어, 센싱부(120)가 전도성 액체(2)로 인한 전류의 흐름 발생시에 스피커 등을 통해 음을 발생하는 것으로 한다.
물론, 알림부(160)는 디스플레이 등 다양하게 표시 가능하다.
그리고, 무게측정부(110), 센싱부(120) 및 연산제어부(140)는 들고 이동이 편하고 보관이 용이하도록 학습교구통(170)에 수납될 수 있다. 학습교구통(170)은 다양하게 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 학습교구용 표면장력 측정기(100)는 물과 에탄올 등 다양한 전도성 액체(2)의 무게에 따른 표면장력 측정이 가능하고, 표면장력피측정물(130)의 표면장력 측정을 육안으로 확인 가능함에 따라 학생 등의 실험자의 집중도와 관심도를 증대시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 학습교구용 표면장력 측정기(100)는 전도성 액체(2)의 무게를 표면장력과 상관관계를 통해 그래프화가 가능하고, 교정 작업을 통해 관계식 도출도 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습교구용 표면장력 측정기의 측정방법을 보인 순서도이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 학습교구용 표면장력 측정기(100)의 측정방법은 표면장력 측정준비단계(S100), 전도성 액체 종류설정단계(S200), 전도성 액체 무게측정단계(S300), 수분감지 비교판단단계(S400) 및 표면장력환산단계(S600)를 포함한다.
표면장력 측정준비단계(S100)는 무게측정부(110)에 센싱부(120)를 올려놓고, 센싱부(120)에 표면장력피측정물(130)을 올려놓은 후, 센싱부(120)와 표면장력피측정물(130)의 무게를 초기화(영점 세팅)하는 공정이다.
무게측정부(110)와 센싱부(120) 및 표면장력피측정물(130)에 관한 상세한 설명은 상술한 것으로 대체한다.
그리고, 전도성 액체 종류설정단계(S200)는 표면장력피측정물(130)의 표면에 공급되는 전도성 액체(2)의 종류를 설정하는 공정이다. 물론, 전도성 액체 종류설정단계(S200)는 표면장력 측정준비단계(S100)에 포함될 수도 있다.
아울러, 전도성 액체(2)는, 상술한 바와 같이, 물과 에탄올 등 다양한 것으로 적용 가능하고, 한 가지 이상 준비되어 표면장력피측정물(130)의 표면장력 측정을 위해 사용될 수 있다.
또한, 전도성 액체 무게측정단계(S300)는 무게측정부(110)를 통해 표면장력피측정물(130)에 공급되는 설정된 전도성 액체(2)의 무게를 실시간으로 측정 후 디스플레이하는 공정이다.
수분감지 비교판단단계(S400)는 표면장력피측정물(130) 표면에서 표면장력이 파괴되어 센싱부(120) 측으로 흐르는 전도성 액체(2)의 감지를 비교 판단하는 공정이다.
본 공정(S400)은 센싱부(120)에서 전도성 액체(2)를 통해 전류가 흐르는 것에 의해 전도성 액체(2)를 감지하게 된다.
그리고, 표면장력환산단계(S600)는 센싱부(120)가 전도성 액체(2)를 감지하는 경우에 감지하는 시점에서 검출되는 전도성 액체(2)의 무게를 통해 입력된 값으로 표면장력피측정물(130)에 대한 전도성 액체(2)의 표면장력을 환산 검출하는 공정이다.
특히, 수분감지 비교판단단계(S400)에서 센싱부(120)가 전도성 액체(2)를 감지하지 못하는 경우에는 전도성 액체 무게측정단계(S300)가 지속적으로 이루어진다.
또한, 수분감지 비교판단단계(S400) 후에는 센싱부(120)가 전도성 액체(2)를 감지한 상태임을 알리는 수분감지 알림단계(S500)가 행해질 수 있다.
즉, 센싱부(120)가 수분감지 비교판단단계(S400)에서 전도성 액체(2)에 의해 전류가 흐름을 감지하게 되면, 수분감지 알림단계(S500)에서 연산제어부(140)는 알람이나 발광 등으로 이를 표시한다.
이 후, 표면장력환산단계(S600)에서, 전도성 액체(2)의 무게 인자를 통해 전도성 액체(2)의 표면장력이 환산되어 센싱부(120) 또는 무게측정부(110)에 표시된다.
물론, 수분감지 알림단계(S500)에서, 연산제어부(140)는 일정시간 경과 후 알람이나 발광 등의 표시를 중지 제어할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
2: 전도성 액체 100: 표면장력 측정기
110: 무게측정부 112: 액정화면
114: 검출유닛 120: 센싱부
130: 표면장력피측정물 132: 공급부재
140: 연산제어부 150: 전원공급부
160: 알림부 170: 학습교구통

Claims (4)

  1. 무게측정부;
    상기 무게측정부에 의해 무게 검출이 가능하도록 구비되고, 전도성 액체에 의해 전류의 흐름이 발생되는 센싱부;
    상기 센싱부에 놓인 상태에서 상기 무게측정부의 무게 검출량을 초기화한 후, 표면장력이 파괴되는 시점까지의 상측 표면에 공급되는 상기 전도성 액체의 무게가 검출되는 표면장력피측정물; 및
    상기 전도성 액체의 무게를 통해 상기 표면장력피측정물에 대한 상기 전도성 액체의 표면장력을 환산 검출하는 연산제어부를 포함하여,
    상기 연산제어부는, 상기 무게측정부를 통해 상기 표면장력피측정물에 공급되는 설정된 상기 전도성 액체의 무게를 측정하고 나서, 상기 표면장력피측정물의 표면에서 상기 전도성 액체가 표면장력 파괴로 인해 상기 센싱부 측으로 넘쳐흐르며 전류의 흐름을 발생시, 해당 신호의 발생시점에서 검출되는 상기 전도성 액체의 무게를 통해 상기 표면장력피측정물에 대한 상기 전도성 액체의 표면장력을 환산 검출하는 것을 특징으로 하는 학습교구용 표면장력 측정기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무게측정부, 상기 센싱부 및 상기 연산제어부는 전원공급부에 의해 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 학습교구용 표면장력 측정기.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 무게측정부 또는 상기 센싱부는 상기 전도성 액체가 표면장력 파괴로 인해 전류의 흐름이 발생됨을 표시하기 위해 알림부를 연결하는 것을 특징으로 하는 학습교구용 표면장력 측정기.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 무게측정부, 상기 센싱부 및 상기 연산제어부는 학습교구통에 수납되는 것을 특징으로 하는 학습교구용 표면장력 측정기.
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