KR20100021016A - 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 옴의 법칙 체험 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 지우개 기판에 회로를 구성하고 광원을 이용하여 황화카드뮴을 밝혀 저항의 변동에 따른 전압의 분배를 실험하는 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 학교에서 흔히 볼 수 있는 지우개를 기판으로 하고, LED와 황화카드뮴(CdS)을 이용하여 회로를 구성하고, 황화카드뮴(CdS)에 광원(후레쉬)으로 비추어 저항의 변동을 발생시켜 LED의 동작으로부터 옴의 법칙을 확인할 수 있는 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치를 제공하는 것이다.

옴의 법칙, 황화카드뮴.

Description

지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치 {Apparatus for ohm's law experiment using an eraser substrate}

본 발명은 옴의 법칙 체험 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 지우개 기판에 회로를 구성하고 광원을 이용하여 황화카드뮴을 밝혀 저항의 변동에 따른 전압의 분배를 실험하는 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치에 관한 것이다.

일반적으로 옴의 법칙 (Ohm's law)은 전기학에서 어떤 물질에 흐르는 정상 전류의 양은 그 물질의 양 사이의 전위차인 전압에 직접 비례한다는 것을 밝힌 실험적 법칙이다.

전선 양끝 사이에 걸린 전압 V가 3배로 증가하면 그 전선에 흐르는 전류 I도 역시 3배로 증가한다. 그리고 전압과 전류의 비인 V/I는 일정하다. 이 비 V/I를 일컬어 저항 R이라 하고 그 단위는 옴(Ω)이다. 옴의 법칙이 적용되는 물질들의 저항은 전류, 전압의 광범위한 값에 대해서도 변하지 않는다. 게오르크 시몬 옴의 법칙을 수학적으로 표시하면 V/I=R로 나타낼 수 있으며, 옴은 1827년 많은 실험을 한 결과 온도가 일정한 상태에서는 전기회로의 저항, 즉 전류에 대한 전압의 비가 일반적으로 일정하다는 것을 확인했다.

옴의 법칙을 달리 표현하면 도체의 전류 I는 전위차 V를 저항 R로 나눈 비로 표시할 수 있고 수학적 표현으로, I=V/R가 된다. 그리고 도체의 전위차는 전류와 저항의 곱이므로 V=IR로도 나타낼 수 있다.

전압이 일정한 회로에서 저항을 늘리면 전류량이 감소하고 저항을 줄이면 전류량은 증가할 것이다. 옴의 법칙은 직류회로뿐만 아니라 전류와 전압의 관계가 훨씬 복잡한 교류회로에도 적용할 수 있다.

종래의 옴의 법칙을 실험하는 장치는 흔하지 않았으므로 학생들은 이를 실험하는 것이 쉽지 않았으며, 이에 따른 개선책이 필요하다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결한 것으로, 본 발명의 목적은 학교에서 흔히 볼 수 있는 지우개를 기판으로 하고, LED와 황화카드뮴(CdS)을 이용하여 회로를 구성하고, 황화카드뮴(CdS)에 광원(후레쉬)으로 비추어 저항의 변동을 발생시켜 LED의 동작으로부터 옴의 법칙을 확인할 수 있는 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 전원을 공급하는 직류 전원과, 황화카드뮴 3(23)과 LED 3(25)이 직렬로 연결되고, 황화카드뮴 1(29)과 LED 1(27)이 병렬로 연결되고, 황화카드뮴 2(33)와 LED 2(31)를 병렬 연결하여 상기 황화카드뮴 1(29)과 LED 1(27)와 직렬로 연결시켜 칠판 지우개를 기판으로 구현함을 특징으로 한다.

또한 황화카드뮴에는 광원을 비추어 저항의 감소를 일으켜서 LED가 온되는 것을 확인하여 옴의 법칙을 체험하도록 하는 것임을 특징으로 한다.

본 발명은 지우개를 기판으로 한 옴의 법칙 실험 장치로 매우 간단하게 실험장치를 구현할 수 있어서 학생들이 직접 구현하기 용이하여 보다 옴의 법칙을 명확하게 파악할 수 있게 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 옴의 법칙 체험 장치에 관한 것으로 지우개 기판에 황화카드뮴과 LED를 이용하여 간단하게 회로를 구성하고, 황화카드뮴을 광원으로 비추어 저항의 변동에 따른 전압의 분배를 확인하는 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치이다.

본 발명은 직렬 연결된 두 저항에서 하나의 저항이 줄어들면 나머지 저항에 걸리는 전압은 커지며, 또한 저항이 병렬로 연결된 두 개를 서로 직렬로 연결시킨 회로에서 하나의 병렬 저항이 줄어들면 이 저항과 병렬 연결된 저항의 전압도 줄어들므로 나머지 병렬 연결된 저항에 걸리는 전압은 커지는 옴의 전압 분배의 원리를 실험하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치의 구성도이다.

본 발명은 세 개의 황화카드뮴 1, 2, 3(23, 29, 33)과 세 개의 LED 1, 2, 3(27, 31, 25)와 전원(21)으로 회로를 구현하고 광원(후레쉬)을 이용하여 옴의 법칙을 실험하도록 한다.

황화카드뮴 1, 2, 3(23, 29, 33)은 광원을 받으면 저항값이 줄어든다.

따라서 옴의 법칙에 따라 황화카드뮴3(23)과 LED3(25)가 직렬 연결된 경우 황화카드뮴 3(23)에 광원을 비추며 저항값이 줄어들어 걸리는 전압은 작아지고 나 머지 LED 3(25)에 걸리는 전압은 점점 커져서 LED의 동작 전압 이상으로 커지므로 해당 LED3(25)는 켜지게 된다.

또한 황화카드뮴1(29)과 LED1(27)를 병렬로 연결하고, 황화카드뮴2(33)과 LED2(31)를 병렬 연결하여 서로 직렬로 연결시킨 경우, 황화카드뮴1(29)에 광원을 비추면 저항이 줄어들어 LED1(27)에 걸리는 전압도 작아져서 켜지지 않고, 나머지 병렬 연결된 황화카드뮴2(33)과 LED2(31)에 걸리는 전압은 점점 커지게 되어 LED2(31)은 켜지게 된다.

반대로 황화카드뮴 2(33)에 광원을 비추면 저항이 줄어들어 LED2(31)에 걸리는 전압도 작아져서 켜지지 않고, 나머지 병렬 연결된 황화카드뮴1(29)과 LED1(27)에 걸리는 전압은 점점 커지게 되어 LED1(27)은 켜지게 된다.

따라서 상술한 바와 같이 직렬 연결된 두 저항에서 하나의 저항이 줄어들면 나머지 저항에 걸리는 전압은 커지며, 또한 저항이 병렬로 연결된 두개를 서로 직렬로 연결시킨 회로에서 하나의 병렬 저항이 줄어들면 이 저항과 병렬 연결된 저항의 전압도 줄어들므로 나머지 병렬 연결된 저항에 걸리는 전압은 커지는 옴의 전압 분배의 원리를 눈으로 확인할 수 있다.

황화카드뮴 1, 2, 3(23, 29, 33)과 세 개의 LED 1, 2, 3(27, 31, 25)의 동작 전원은 공급 전원(21) 3 볼트에 대응되도록 설치된다.

도 2는 본 발명의 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치를 실제 구현한 도면이다.

본 발명의 옴의 법칙 실험 장치는 지우개를 기판(35)으로 활용하여 옴의 법 칙을 체험할 수 있도록 하였다.

도 3은 본 발명의 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치를 이용하여 실험하는 예이다.

첫번째 도면은 도 1에서 설명 드린 바와 같이, 황화카드뮴1(29)과 LED1(27)를 병렬로 연결하고, 황화카드뮴2(33)과 LED2(31)를 병렬 연결하여 서로 직렬로 연결시킨 상태에서 황화카드뮴1(29)에 광원을 비추는 동작을 보여주고 있다.

첫번째 도면같이 황화카드뮴1(29)에 광원을 비추면 저항이 줄어들어 LED1(27)에 걸리는 전압도 작아져서 LED1(27)은 켜지지 않는다.

두번째 도면을 참조하면 황화카드뮴1(29)에 광원을 비추어 줄어든 저항으로 인한 전압이 나머지 병렬 연결된 황화카드뮴2(33)과 LED2(31)에 점점 커지게 걸리므로 LED2(31)은 온(on) 된다.

본 발명의 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치를 구현하는 예를 설명한다.

회로도가 그려진 종이를 지우개 크기에 꼭 맞게 잘라서 양면 테이프를 이용하여 지우개 기판에 붙인다.

송곳으로 지우개에 황화카드뮴과 LED 3개를 꽂을 구명을 살짝 뚫는다.

지우개에 뚫린 구명에 황화카드뮴과 LED 3개를 꽂는데, 황화카드뮴은 극은 상관 없으나 LED의 긴 다리는 (+)극으로 연결해야 한다.

회로도의 직렬 병렬 연결에 맞게 지우개의 뒷면에서 다리를 연결하고, 연결된 끝은 적당한 길이로 잘라 지우개에 꽂아 넣고 안전하게 마무리 한다.

전원까지 연결하되 (+), (-)극에 유의하고, 지우개의 뒷면과 3볼트 건전지 홀더의 뒷면을 서로 맞대고 고무밴드로 고정시킨다.

직렬 연결된 두 저항 중 하나의 저항이 줄어들면 전압이 작아지고 나머지 저항에 걸리는 전압은 커지는지 확인한다.

병렬 연결된 두 저항이 서로 직렬 연결된 회로에서 병렬 연결된 저항과 하나가 줄어들면 이 저항과 병렬 연결된 저항의 전압도 줄어들므로, 나머지 병렬 연결된 저항에 걸리는 전압은 커진다. 전압이 커지는 결과는 LED의 불이 켜지고 밝아지는지를 확인한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치의 구성도.

도 2는 본 발명의 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치를 실제 구현한 도면.

도 3은 본 발명의 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치를 이용하여 실험하는 예.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

23, 29, 33: 황화카드뮴 1, 2, 3

25, 27, 31: LED

Claims (4)

1. 전원을 공급하는 직류 전원과;

   황화카드뮴 3(23)과 LED 3(25)이 직렬로 연결되고;

   황화카드뮴 1(29)과 LED 1(27)이 병렬로 연결되고,

   황화카드뮴 2(33)와 LED 2(31)를 병렬 연결하여 상기 황화카드뮴 1(29)과 LED 1(27)와 직렬로 연결시켜 칠판 지우개를 기판으로 구현함을 특징으로 하는 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 황화카드뮴 3에 광원이 비춰지면 상기 황화카드뮴 3의 저항이 감소되어 전압이 줄어들고 줄어든 상기 전압은 상기 LED 3에 걸리게 되어 온되는 것을 확인하여 옴의 법칙을 체험하도록 하는 것임을 특징으로 하는 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 황화카드뮴 1에 광원이 비춰지면 상기 황화카드뮴 1의 저항이 감소되어 전압이 줄어들고 줄어든 상기 전압은 상기 LED 2에 걸리게 되어 온되는 것을 확인하여 옴의 법칙을 체험하도록 하는 것임을 특징으로 하는 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 황화카드뮴 2에 광원이 비춰지면 상기 황화카드뮴 2의 저항이 감소되어 전압이 줄어들고 줄어든 상기 전압은 상기 LED 1에 걸리게 되어 온되는 것을 확인하여 옴의 법칙을 체험하도록 하는 것임을 특징으로 하는 지우개 기판을 이용한 옴의 법칙 실험 장치.

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