KR200439638Y1

KR200439638Y1 - 과학 교육교재

Info

Publication number: KR200439638Y1
Application number: KR2020070000704U
Authority: KR
Inventors: 허철
Original assignee: 허철
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2008-04-24

Abstract

본 고안은 과학 교육교재에 관한 것으로, 내측에 상면이 개방된 직사각형의 케이스와, 상기 케이스의 내측면 일측에 마련되어 건전지를 고정하는 건전지 삽입부와, 상기 건전지 삽입부의 내측에 위치하는 제1 및 제2레일고정홈과, 상기 건전지 삽입부와는 소정 간격 이격되는 위치의 케이스 내측면에 장공의 삽입구를 제공하는 제1 및 제2레일삽입부와, 상기 제1 및 제2레일삽입부와 상기 제1 및 제2레일고정홈에 각각의 양단이 삽입 고정되는 제1 및 제2도전성레일과, 상기 케이스의 바닥면에 상호 소정거리 이격되도록 위치하여 제1 및 제2자석을 각각 고정시키는 제1 및 제2자석고정홈과, 제1 및 제2도전성레일을 통해 상기 건전지의 전류를 공급받고, 상기 제1 및 제2자석의 자계에 의해 회전하면서 그 제1 및 제2도전성레일의 상부에서 일방향으로 이동하는 이동부를 포함한다. 이와 같은 구성의 본 고안은 전류의 공급방향과 자계의 방향에 따라 회전 방향이 변경되는 모터의 원리를 학생들이 직접 체험하여 용이하게 모터의 구동원리를 이해할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

과학 교육교재{Teaching material for science}

도 1은 본 고안 과학 교육교재의 바람직한 실시예에 따른 평면도이다.

도 2는 도 1의 사시도이다.

도 3은 도 1과 도 2에서 이동부의 상세 구성도 이다.

도 4는 본 고안 과학 교육교재의 다른 사용예에 따른 구성도이다.

도 5는 본 고안 과학 교육교재의 다른 사용예에 따른 구성도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100:케이스 110:건전지 삽입부

111,112:제1 및 제2레일고정홈 113,114:제1 및 제2레일삽입부

121,122:제1 및 제2자석고정홈 210,220:제1 및 제2도전성레일

271,272:자석 230:건전지

300:이동부

본 고안은 과학 교육교재에 관한 것으로, 특히 교구의 수납이 용이하며 모터의 원리를 쉽게 이해할 수 있도록 함과 아울러 에너지의 변환과정을 육안으로 확인할 수 있도록 하는 과학 교육교재에 관한 것이다.

일반적으로, 모터는 회전자의 외측에 감긴 코일에 전류를 흐르게 하고, 그 전류가 흐르는 코일 주변의 자기장에 의해 그 회전자가 회전하도록 구성되어 있다. 그러나 일반적인 모터는 밀폐되어 있기 때문에 그 구조를 쉽게 육안으로 확인할 수 없으며, 구조를 육안으로 확인하면서 회전자를 구동시키기는 어려운 구조를 가진다.

이와 같은 모터의 구조 때문에 종래에는 모터의 구동 원리를 학생들에게 쉽게 실험을 통해 이해하도록 할 수 있는 교재가 없어, 교육 현장에서 학생들에게 모터의 원리를 설명하는 것이 쉽지 않았다.

또한, 일상생활에서 전기에너지 변환의 예는 많이 볼 수 있다. 전기에너지를 빛에너지 또는 열에너지로 변경하는 예는 전등이나 전열 기구를 통해 확인할 수 있으며, 전기에너지를 운동에너지로 변환하는 예는 선풍기 등의 모터를 이용한 기기에서 확인할 수 있다.

이와 같이 에너지의 변환을 학생들이 직접 눈으로 확인할 수 있는 교재는 학생들이 과학에 관심을 가질 수 있도록 유도하는 수단이 되며, 이론적인 설명보다 이해가 빠른 장점이 있다.

그러나 다단계로 변화되는 에너지 변환을 학생들이 체험할 수 있는 예는 많지 않다. 특히 소형, 저가의 과학 교재에서 열에너지를 운동에너지로 변환하는 교재의 예는 찾아보기 어려워 다양한 에너지의 변환을 학생들이 체험할 수 없는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 고안은 모터의 구동원리를 육안으로 확인하여 학생들이 쉽게 이해할 수 있도록 하는 과학 교육교재를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 고안은 다양한 에너지 변환과정을 쉽게 이해할 수 있도록 하는 과학 교육교재를 제공함에 다른 목적이 있다.

아울러 본 고안은 교구의 수납이 용이한 케이스를 제공하여 쉽게 각 교구를 배치하여 실험하고, 실험 후에는 용이하게 정리할 수 있는 과학 교육교재를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 내측에 상면이 개방된 직사각형의 케이스와, 상기 케이스의 내측면 일측에 마련되어 건전지를 고정하는 건전지 삽입부와, 상기 건전지 삽입부의 내측에 위치하는 제1 및 제2레일고정홈과, 상기 건전지 삽입부와는 소정 간격 이격되는 위치의 케이스 내측면에 장공의 삽입구를 제공하는 제1 및 제2레일삽입부와, 상기 제1 및 제2레일삽입부와 상기 제1 및 제2레일고정홈에 각각의 양단이 삽입 고정되는 제1 및 제2도전성레일과, 상기 케이스의 바닥면에 상호 소정거리 이격되도록 위치하여 제1 및 제2자석을 각각 고정시키는 제1 및 제2자석고정홈과, 제1 및 제2도전성레일을 통해 상기 건전지의 전류를 공급받고, 상기 제1 및 제2자석의 자계에 의해 회전하면서 그 제1 및 제2도전성레일의 상부에서 일방향으로 이동하는 이동부를 포함한다.

상기와 같이 구성되는 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안 과학 교육교재의 바람직한 실시예에 따른 평면도이고, 도 2는 그 사시도이며, 도 3은 도 1과 도 2에서 이동부의 상세 구성도이다.

도 1 내지 도 3을 각각 참조하면, 본 고안 과학 교육교재의 바람직한 실시예는, 내측에 상면이 개방된 직사각형의 케이스(100)와, 상기 케이스(100)의 내측면 일측에 마련되어 건전지(230)를 고정하는 건전지 삽입부(110)와, 상기 건전지 삽입부(110)의 내측에 위치하는 제1 및 제2레일고정홈(111,112)과, 상기 건전지 삽입 부(110)와는 소정 간격 이격되는 위치의 케이스(100) 내측면에 장공의 삽입구를 제공하는 제1 및 제2레일삽입부(113,114)와, 상기 제1 및 제2레일삽입부(113,114)와 상기 제1 및 제2레일고정홈(111,112)에 각각의 양단이 삽입 고정되는 제1 및 제2도전성레일(210,220)과, 상기 케이스(100)의 바닥면에 상호 소정거리 이격되도록 위치하여 제1 및 제2자석(271,272)을 각각 고정시키는 제1 및 제2자석고정홈(121,122)과, 제1 및 제2도전성레일(210,220)을 통해 상기 건전지(230)의 전류를 공급받고, 상기 자석(271,272)의 자계에 의해 회전하면서 그 제1 및 제2도전성레일(210,220)의 상부에서 일방향으로 이동하는 이동부(300)를 포함한다.

상기 이동부(300)는 코일(311)이 감겨있는 몸체(310)와, 상기 몸체(310)를 관통하며 상기 제1 및 제2도전성레일(210,220)의 상부에 위치하여 상기 건전지(230)의 전류를 상기 코일(311)에 인가하는 회전축(320)을 포함하여 구성된다.

미설명 부호 150은 상기 건전지(230)의 전기에너지를 광으로 변환하는 전구(240)를 고정하는 전구고정홈이며, 130과 140은 각각 가변저항(250)과 스위치(260)를 고정하기 위한 저항고정홈 및 스위치고정홈이다.

이와 같은 전구고정홈, 저항고정홈 및 스위치고정홈의 구조와 기능은 아래에서 보다 상세히 설명한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 고안의 바람직한 실시예의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 제1도전성레일(210)의 양단을 제1레일고정홈(111)과 제1레일삽입부(113)에 끼움과 아울러 제2도전성레일(220)의 양단을 제2레일고정홈(112)과 제2레일삽입부(114)에 끼워 고정시킨다.

이때, 상기 제1레일고정홈(111)과 제2레일고정홈(112)는 상기 제1도전성레일(210)과 제2도전성레일(220)의 일단을 견고하게 고정하는 것이며, 상기 제1 및 제2레일삽입부(113,114)는 결합의 마진을 확보하기 위해 장공형의 홈이 마련되는 것이 바람직하다.

상기 제1 및 제2도전성레일(210,220)은 저항값이 낮은 구리 등의 금속으로 함이 바람직하며, 그 양단측에는 상기 이동부(300)의 이동을 제한할 수 있도록 단턱이 마련된다.

이와 같이 제1 및 제2도전성레일(210,220)이 결합된 상태에서 상기 건전지삽입부(110)에 건전지(230)를 삽입하면, 그 건전지(230)의 두 전극은 상기 제1 및 제2도전성레일(210,220)의 일단에 각각 접하게 된다.

이와 같은 상태에서 상기 회전축(320)을 제1 및 제2도전성레일(210,220)의 상부에 위치하도록 이동부(300)를 올려 놓으면, 그 몸체(310)에 권선된 코일(311)에는 전류가 흐르게 된다.

또한, 그 코일(311)은 상기 제1 및 제2자석고정홈(121,122)에 고정된 자 석(271,272)의 자기장에 영향을 받게 되며, 따라서 몸체(310) 및 회전축(320)이 회전하게 되며, 그 제1 및 제2도전성레일(210,220)을 따라 이동하게 된다.

즉, 모터의 구동원리인 플레밍의 왼손법칙에 따라 전류가 흐르고 있는 도선에 대한 자기장이 미치는 힘의 작용방향으로 그 이동부(300)가 이동하게 된다.

따라서 상기 제1 및 제2자석(271,272)의 극성방향을 변경하거나, 상기 건전지(230)의 전극방향을 변경함으로써, 상기 이동부(300)를 서로 다른 방향으로 이동시킬 수 있으며, 쉽게 상기 플레밍의 왼손법칙을 이해할 수 있게 된다.

상기와 같은 실험을 통해 모터의 구동원리를 이해한 후에는 상기 제1 및 제2도전성레일(210,220)을 분리하여, 이동부(300)와 함께 케이스(100) 내에 수납하여 각 구성품의 분실을 방지한 상태로 보관할 수 있다.

이때, 케이스(100)의 상부를 덮는 덮개가 더 포함됨이 바람직하다.

이와 같이 본 고안의 바람직한 실시예는 전기에너지를 운동에너지로 변환하는 예인 모터의 구동원리를 학생들이 쉽게 이해할 수 있도록 보여주는 역할을 한다.

또한, 상기와 같은 본 고안의 바람직한 실시예는 전기에너지의 타에너지로의 변환되는 것을 설명하는 교육교재로 활용될 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 고안 과학 교육교재는 상기 건전지삽입부(110)에 삽입된 건전지(230)의 양극단에 접하는 제1 및 제2전극(411,412)과, 상기 제1전극(411)과 상기 전구고정홈(150)에 고정된 전구(240)의 제1전극을 연결하는 제1전선(413)과, 상기 제2전극(412)과 상기 전구(240)의 제2전극을 연결하되 스위치(260)와 가변저항(121)을 통해 연결하는 제2전선(414)을 포함하여 구성된다.

상기 제1 및 제2전극(411,412)는 각각 하단부로 접철된 것으로, 상기 건전지 삽입부(110)에 하향으로 끼움결합되어, 그 건전지(230)의 양단에 각각 접촉된다.

즉, 스위치(260)를 통해 상기 건전지(230)의 전류가 상기 전구(240)에 흐르는 것을 제어하여, 전구(240)를 온 또는 오프시킬 수 있으며, 그 가변저항(121)을 조절하여 그 전구(240) 빛의 밝기를 조절할 수 있게 된다.

이는 저항의 개념과 전압, 전류 및 저항의 상관관계를 학생들이 쉽게 육안으로 확인하면서 이해할 수 있도록 하여 기본적인 직류전기에 대한 개념을 가질 수 있도록 한다.

도 5를 참조하면, 본 고안 과학 교육교재는 별도의 외부 장치에 대한 전원공급부로서의 역할을 수행할 수 있다.

상기 외부 장치부(500)의 예로는 전기에너지를 열에너지, 운동에너지 등으로 변환할 수 있는 것이면, 그 장치의 종류에 의해 본 고안이 제한되지 않는다.

특별한 예로서 본 고안의 출원인이 출원하여 등록된 실용신안 등록번호 20-0423311-0000호에 기재된 에너지변환 교육교재일 수 있으며, 상기 외부 장치부(500)에 전기에너지를 공급하여, 그 전기에너지를 열에너지로, 그 열에너지를 운동에너지로 변환하는 과정을 학생들이 이해하기 쉽게 보여줄 수 있다.

간단하게 외부 장치부(500)의 구성을 설명하면, 상기 본 고안의 바람직한 실시예의 건전지(230)의 전원을 공급받아 열을 발생시키며, 발생된 열에 의해 직선 형상으로 복원되는 형상기억합금 와이어와, 일단이 상호 힌지결합기재에 의해 힌지결합되며, 상기 형상기억합금 와이어의 복원력에 의하여 상기 힌지결합기재를 축으로 소정각도 회전하는 제1 및 제2축과, 상기 제1축 또는 제2축의 일측면에 고정되어, 상기 형상기억합금 와이어의 복원력이 제1축 또는 제2축에 전달될 수 있도록 하는 걸림부재와, 상기 힌지결합기재를 축으로 소정각도 회전한 제1 및 제2축을 원래의 상태로 복원시키는 복원기재를 포함하는 것으로, 그 형상기억합금 와이어와 복원기재에 의해 제1 및 제2축이 힌지축을 중심으로 각도가 증가, 감소가 반복되어 이동이 가능한 구조이다.

또한, 그 외부 장치부(500)에 인가되는 건전지(230)의 전원을 상기 가변저항(250)으로 조절하여 그 외부 장치부(500)의 이동속도를 변환할 수 있어, 공급된 에너지의 크기에 따른 에너지 변환결과를 쉽게 이해할 수 있도록 한다.

이상에서는 본 고안을 특정의 바람직한 실시 예들을 들어 도시하고 설명하였으나, 본 고안은 상기한 실시 예들에 한정되지 않으며 본 고안의 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다.

상기한 바와 같이 본 고안은 전류의 공급방향과 자계의 방향에 따라 회전 방향이 변경되는 모터의 원리를 학생들이 직접 체험하여 보다 용이하게 모터의 구동원리를 이해할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한 본 고안은 다른 에너지 변환 교육교재의 전원공급부로 사용을 할 수 있어 다양한 응용이 가능하며, 그 전기에너지의 공급량을 조절할 수 있어 공급된 에너지의 변화에 따른 변환된 에너지의 작용량을 확인할 수 있도록 하여 보다 다양한 에너지 변환을 이해할 수 있도록 하는 효과가 있다.

아울러 본 고안은 케이스 내에 구성품을 수납 가능하며, 그 케이스를 이용하여 쉽게 구성품을 설치하여 실험 준비를 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

내측에 상면이 개방된 직사각형의 케이스(100)와, 상기 케이스(100)의 내측면 일측에 마련되어 건전지(230)를 고정하는 건전지 삽입부(110)와, 상기 건전지 삽입부(110)의 내측에 위치하는 제1 및 제2레일고정홈(111,112)과, 상기 건전지 삽입부(110)와는 소정 간격 이격되는 위치의 케이스(100) 내측면에 장공의 삽입구를 제공하는 제1 및 제2레일삽입부(113,114)와, 상기 제1 및 제2레일삽입부(113,114)와 상기 제1 및 제2레일고정홈(111,112)에 각각의 양단이 삽입 고정되는 제1 및 제2도전성레일(210,220)과, 상기 케이스(100)의 바닥면에 상호 소정거리 이격되도록 위치하여 제1 및 제2자석(271,272)을 각각 고정시키는 제1 및 제2자석고정홈(121,122)과, 제1 및 제2도전성레일(210,220)을 통해 상기 건전지(230)의 전류를 공급받고, 상기 제1 및 제2자석(271,272)의 자계에 의해 회전하면서 그 제1 및 제2도전성레일(210,220)의 상부에서 일방향으로 이동하는 이동부(300)를 포함하는 과학 교육교재.
제1항에 있어서,

상기 이동부(300)는,

코일(311)이 감겨있는 몸체(310)와, 상기 몸체(310)를 관통하며 상기 제1 및 제2도전성레일(210,220)의 상부에 위치하여 상기 건전지(230)의 전류를 상기 코일(311)에 인가하는 회전축(320)을 포함하는 과학 교육교재.
제1항에 있어서,

상기 케이스의 바닥면에는,

상기 건전지의 전원을 공급제어하는 스위치(260)가 고정되는 스위치고정홈(140)과, 상기 건전지의 전기에너지의 공급량을 조절하는 가변저항(250)이 고정되는 가변저항고정홈(130)과, 상기 가변저항(250)을 통해 제어된 건전지의 전기에너지에 따라 빛의 밝기가 제어되는 전구(240)를 고정하는 전구고정홈(150)을 더 포함하는 과학 교육교재.