KR20110090209A

KR20110090209A - 열전도 실험장치

Info

Publication number: KR20110090209A
Application number: KR1020100009863A
Authority: KR
Inventors: 김규호
Original assignee: 김규호
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2011-08-10
Also published as: KR101124481B1

Abstract

본 발명은 열전도 실험장치에 관한 것으로, 프레임(21)에 고정되고 전기에 의해 가열되는 발열수단(31)과, 상기 발열수단(31)에 일측 끝이 결합되고 외면에 특정온도에서 색이 변하는 시온안료(47) 처리가 된 하나 이상의 실험대상물(41,43,45)과, 상기 실험대상물(41,43,45)로 열이 이동하도록 상기 발열수단(31)에 전원을 공급하는 조작수단(55)을 포함한다.
본 발명은 전기인두와 시온안료를 이용하여 열전도 실험을 수행하므로 화상, 화재 등 안전사고의 위험이 최소화되고 간편하고 정확한 열전도 실험을 수행할 수 있어 학습효과 증진에 효과적인 이점이 있다.

Description

열전도 실험장치{Conduction experimental apparatus}

본 발명은 열전도 실험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간편하고 정확하게 열전도 실험을 수행할 수 있도록 전기인두와 시온안료를 이용한 열전도 실험장치에 관한 것이다.

열전도는 열에너지가 물질의 이동을 수반하지 않고 고온부에서 저온부로 연속적으로 전달되는 현상이며, 주로 고체 내부에서 일어난다. 열전도는 물질의 종류에 따라 전도되는 속도가 크게 다르므로 이를 열전도도로 표시하여 나타낸다.

도 1에는 종래기술에 따른 열전도 실험장치가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바에 의하면, 열전도 실험장치(1)는 구리, 철, 유리와 같은 막대형태의 각 실험대상물(3,4)에 촛농(5)을 이용하여 동일한 간격으로 이쑤시개(7)를 붙인 후, 이 실험대상물(3,4)의 일측을 클램프(9)로 고정프레임(11)에 고정하고 알코올램프(13)로 가열하여 이쑤시개(7)가 떨어지는 속도로 열전도도를 측정한다.

그러나 종래의 열전도 실험장치(1)는 실험대상물(3,4)을 바닥에 놓고 촛농(5)으로 이쑤시개(7)를 각 실험대상물(3,4)에 붙여야 하므로 이쑤시개(7)를 붙이는 과정이 번거롭고, 실험대상물(3,4)을 고정프레임(11)에 고정하는 과정에서 이쑤시개(7)가 떨어지기 쉬우며, 열이 이동되어도 이쑤시개(7)가 떨어지지 않는 경우가 있어 정확한 실험이 어려울 수 있다.

또한 실험 후 가열된 실험대상물(3,4)에 화상을 입을 우려가 있는 문제가 있으며, 특히, 초등학생을 대상으로 하는 실험에서 알코올램프(13)를 사용하는 것은 화상의 우려와 안전사고의 우려가 있는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 간편하고 정확하게 안전한 열전도 실험을 수행할 수 있도록 전기인두와 시온안료를 이용하는 열전도 실험장치를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 프레임에 고정되고 전기에 의해 가열되는 발열수단과, 상기 발열수단에 일측 끝이 결합되고 외면에 특정온도에서 색이 변하는 시온안료 처리가 된 하나 이상의 실험대상물과, 상기 실험대상물로 열이 이동하도록 상기 발열수단에 전원을 공급하는 조작수단을 포함한다.

상기 실험대상물의 외면을 이격되게 감싸는 투명재질의 보호커버가 구비된다.

상기 실험대상물 또는 상기 보호커버에 단위 눈금이 표시된다.

상기 발열수단은 자동온도 조절기능을 갖는 발열부와, 상기 발열부의 가열상태를 표시하는 가열표시부를 포함한다.

상기 발열부의 일측 끝에 상기 실험대상물의 일측 끝이 결합되도록 상기 실험대상물과 결합되는 방향으로 개구되는 삽입홈이 형성되고, 상기 실험대상물이 상기 삽입홈에 삽입된 상태를 고정하도록 상기 삽입홈에 직교하게 관통하여 볼트가 체결된다.

상기 조작수단은 상기 발열수단과 전원을 연결하는 스위치이다.

상기 시온안료는 40℃에서 색이 변하는 안료이다.

상기 프레임에 일정시간 동안 열이 이동된 거리를 측정할 수 있도록 스톱워치가 구비된다.

상기 보호커버의 외주면에 수증기 배출을 위한 복수의 통공이 형성된다.

본 발명의 열전도 실험장치는 전기에 의해 발열되는 구조를 가지므로 화상, 화재 등 안전사고의 위험이 최소화된다. 따라서 초등학생을 대상으로 하는 열전도 실험장치로 적합한다.

또한, 본 발명은 시온안료를 사용하여 열전도 과정을 육안으로 쉽게 확인할 수 있으므로 학습효과 증진을 기대할 수 있다.

또한, 본 발명은 각 실험대상물과 결합된 발열부가 동시에 발열되고, 자동온도 조절기능을 가지는 전기인두 형태를 채택하므로 열전도 실험결과가 정확하다.

또한, 본 발명은 발열부의 가열유무를 확인할 수 있는 가열표시부가 구비되므로 보다 정확한 실험이 가능하다.

따라서, 학생들의 학습 흥미를 유발하면서도 간편하고 정확하게 안전한 열전도 실험을 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 열전도 실험장치를 보인 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열전도 실험장치를 보인 구성도.
도 3은 본 발명 실시예의 상세한 구성을 보인 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예를 이용하여 열전도 실험을 수행한 결과를 보인 도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 열전도 실험장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전기에 의해 가열되는 발열수단(31)과, 발열수단(31)에 일측 끝이 결합되고 외면에 특정온도에서 색이 변하는 시온안료(47) 처리가 된 하나 이상의 실험대상물(41,43,45)과, 이 실험대상물(41,43,45)로 열이 이동하도록 발열수단(31)에 전원을 공급하는 조작수단(55)을 포함한다.

또한, 안전한 실험을 위해 각 실험대상물(41,43,45)의 외면을 이격되게 감싸는 투명재질의 보호커버(51)를 구비한다. 동일한 실험조건 제공을 위해 시온안료(47)는 40℃에서 색이 변하는 것을 사용하며, 발열수단(31)은 실험의 정확성을 위해 자동온도 조절기능을 갖는 것을 채용한다.

이러한 열전도 실험장치(20)는 일정한 시간동안 시온안료(47)의 색이 변한 길이로 열이 이동된 거리를 측정하여 열전도도의 차이를 측정한다.

도 3을 참조하여 구체적인 구성을 살펴보면, 발열수단(31)은 프레임(21)에 설치된 고정플레이트(23)에 지지된다.

프레임(21)은 본 발명에 의한 장치의 기본적인 골격을 형성하는 것으로, 발열수단(31)과 다른 구성요소들을 지지할 수 있도록 구성되는 부재이다. 고정플레이트(23)는 긴 사면체 형상으로 프레임(21)의 일측에 끼움 결합식으로 고정된다.

발열수단(31)은 고정플레이트(23)의 상면에 브라켓에 의해 고정된다. 브라켓은 발열수단(31)의 외면을 감싸는 링 형상의 고정브라켓(25)과, 고정플레이트(23)의 상면에 이격되게 다수개가 구비되고 고정브라켓(25)의 단부와 체결부재(29)에 의해 상호 체결되는 지지브라켓(27)으로 이루어진다. 체결부재(29)는 볼트와 너트일 수 있다.

발열수단(31)은 자동온도 조절기능을 갖는 발열부(33)와, 발열부(33)의 가열상태를 표시하는 가열표시부(35)를 포함한다. 발열부(33)는 실험대상물(41,43,45)과 결합되어 발열 및 열을 전달하는 부분이고, 가열표시부(35)는 발열부(33)가 가열되어 있는지의 유무를 외부로 표시하기 위한 부분이다. 가열표시부(35)는 가열되는 상태에서는 붉은 빛이 켜지는 가열표시램프일 수 있다.

실험대상물(41,43,45)로 열이 이동하도록 발열수단(31)에 전원을 공급하는 조작수단(55)을 포함한다. 조작수단(55)은 발열수단(31)과 전원을 연결하는 스위치일 수 있다. 스위치는 수동스위치를 채용할 수도 있고 실험의 편의성을 위해 원터치 스위치를 채용할 수도 있다.

이러한 발열수단(31)은 전류흐름에 따른 금속의 저항으로 열이 발생되는 원리를 이용하는 것으로, 예를 들어, 전기인두 형태가 채용될 수 있다.

전기인두 형태가 채용되는 경우 전기인두는 실험대상물(41,43,45)의 수에 대응되는 수 만큼 구비되며 하나의 조작수단(55)에 의해 동시에 발열된다. 또한, 자동온도 조절기능을 가져 설정온도까지 일정한 온도로 가열된다.

발열부(33)는 발열수단(31)의 일측에서 외부로 돌출되고, 돌출된 일측 끝에 실험대상물(41,43,45)이 결합된다.

발열부(33)의 일측 끝에는 실험대상물(41,43,45)의 일측 끝이 결합되도록 실험대상물(41,43,45)과 결합되는 방향으로 개구되는 삽입홈(37)이 형성되고, 실험대상물(41,43,45)이 삽입홈(37)에 삽입된 상태를 고정하도록 삽입홈(37)에 직교하게 관통하여 체결공(38)이 형성된다.

삽입홈(37) 및 체결공(38)은 실험대상물(41,43,45)을 발열부(33)에 고정하기 위한 구성이다. 실험대상물(41,43,45)의 일측 끝이 삽입홈(37)에 삽입된 상태에서 체결공(38)에 볼트(39)를 체결하여 실험대상물(41,43,45)의 삽입된 외면을 가압 고정한다. 실험대상물은 실험의 편의를 위해 막대형태로 제작되고, 일측 끝은 삽입홈(37)에 대응되는 형상을 갖는다.

실험대상물(41,43,45)이 발열부(33)에 고정되는 형태는 상술한 실시예 외에도 소켓식, 나사식 등 다양한 형태가 채용가능하다.

실험대상물(41,43,45)의 외면은 시온안료(47) 처리한다. 시온안료(47)는 온도에 따라 색이 바뀌는 안료로, 열전도 과정을 실험하는 학생들이 시각적으로 용이하게 관찰하도록 하기 위한 것이다. 시온안료(47)는 실험의 정확성을 위해 본 실시예의 경우 40℃에서 색이 변하는 것을 사용한다.

실험대상물(41,43,45)의 외면에 단위 눈금(49)이 표시된다. 단위 눈금(49)은 열이 이동되는 거리를 측정하기 위한 것이다. 예를 들어, 단위 눈금(49)은 실험대상물의 외면에 1cm 또는 2cm간격으로 표시될 수 있다.

실험대상물(41,43,45)의 외면을 이격되게 감싸는 투명재질의 보호커버(51)가 구비된다. 보호커버(51)는 실험대상물(41,43,45)로 열이 전도되는 과정에서 접촉에 의한 화상 등 안전사고를 방지하기 위한 것이다. 보호커버(51)는 양단이 개구된 봉관형태로 형성되고, 발열수단(31)의 외면에 끼움 결합식으로 고정된다.

참고로, 실험대상물(41,43,45)이 아닌 보호커버(51)의 외면에 단위 눈금이 표시될 수도 있다.

보호커버(51)의 외주면에 수증기 배출을 위한 복수의 통공(53)이 형성된다. 통공(53)은 외부 공기와 내부 공기의 온도차에 따라 보호커버(51) 내부가 흐려지는 현상을 방지하기 위한 것이다. 이는 보호커버(51) 내부가 흐려지면 열 이동에 따른 시온안료의 색 변화를 관찰하기 어렵기 때문이다.

한편, 프레임(21)에 일정시간 동안 열이 이동된 거리를 측정할 수 있도록 스톱워치(57)가 더 구비될 수 있다. 스톱워치(57)는 조작수단(55)의 작동과 함께 작동되어 각 실험대상물(41,43,45)에 열이 이동된 거리를 측정한다.

실험대상물(41,43,45)로는 구리막대, 철막대, 유리막대 등 다양한 소재가 채용될 수 있다.

하기에서는, 본 발명의 실시예에 따른 열전도 실험 과정에 대하여 설명한다.

먼저, 열전도 실험을 위해 열전도 실험장치를 준비한다.

열전도 실험장치(20)는 발열수단(31) 즉, 각 전기인두를 프레임(21)에 고정하고, 발열부(33)의 각 삽입홈(37)에 실험대상물(41,43,45) 즉, 구리막대(41), 철막대(43), 유리막대(45)를 각각 삽입한 후, 측면의 체결공(38)에 볼트(39)를 체결하여 실험대상물(41,43,45)로 열이 전달될 수 있는 상태가 되도록 한다.

이때, 각 구리막대, 철막대, 유리막대는 외면에 단위 눈금(49)을 표시하고, 시온안료(47)를 칠한 것을 준비한다.

각 실험대상물(41,43,45)이 발열부(33)에 결합되면, 발열수단(31)의 단부에 보호커버(51)를 끼움 결합하여 실험준비를 완료한다. 이때, 보호커버(51)는 발열부(33)가 아닌 발열수단(31) 단부의 외피 부분에 끼움 결합되므로 보호커버(51)로 직접적인 열전도는 일어나지 않는다.

실험장치가 준비되면, 조작수단(55)과 스톱워치(57)를 동시에 작동시켜 열전도 실험을 수행한다. 열전도 실험은 시간의 흐름에 따라 구리, 철, 유리막대에 칠한 시온안료(47)의 색이 변하는 것을 관찰하고 실험결과를 기록하면 되는 것이다.

이때, 열전도 실험장치(20)는 실험이 진행되는 도중 열의 전도과정을 시온안료(47)의 색 변화로 쉽게 육안으로 확인할 수 있고, 가열표시부(35)에 의해 가열유무를 쉽게 알 수 있으며, 하나의 조작수단(55)으로 발열수단(31)이 동시에 작동되므로 정확한 실험결과를 도출할 수 있다.

또한, 발열수단(31)이 전기에 의해 발열되는 구조를 가지므로 화재의 위험이 최소화되고, 실험대상물(41,43,45)의 외면을 감싸는 보호커버(51)에 의해 화상 등 안전사고의 우려가 최소화되므로 초등학생을 대상으로 하는 실험에 적합한 열전도 실험장치(20)라 할 수 있다.

열전도 실험 결과는 도 3에 도시된 바와 같이, 일정시간 동안 시온안료(47)의 색이 빨강색에서 노랑색으로 변하는 것으로써 실험대상물(41,43,45)에 따른 열전도도 차이를 쉽고 간편하게 확인할 수 있다.

20:열전도 실험장치 21:프레임
23:고정플레이트 25:고정브라켓
27:지지브라켓 29:체결부재
31:발열수단 33:발열부
35:가열표시부 37:삽입홈
38:체결공 39:볼트
41,43,45:실험대상물 47:시온안료
49:단위 눈금 51:보호커버
53:통공 55:조작수단
57:스톱워치

Claims

프레임에 고정되고 전기에 의해 가열되는 발열수단과,
상기 발열수단에 일측 끝이 결합되고 외면에 특정온도에서 색이 변하는 시온안료 처리가 된 하나 이상의 실험대상물과,
상기 실험대상물로 열이 이동하도록 상기 발열수단에 전원을 공급하는 조작수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도 실험장치.
청구항 1에 있어서,
상기 실험대상물의 외면을 이격되게 감싸는 투명재질의 보호커버가 구비된 것을 특징으로 하는 열전도 실험장치.
청구항 2에 있어서,
상기 실험대상물 또는 상기 보호커버에 단위 눈금이 표시된 것을 특징으로 하는 열전도 실험장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발열수단은
자동온도 조절기능을 갖는 발열부와,
상기 발열부의 가열상태를 표시하는 가열표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도 실험장치.
청구항 4에 있어서,
상기 발열부의 일측 끝에 상기 실험대상물의 일측 끝이 결합되도록 상기 실험대상물과 결합되는 방향으로 개구되는 삽입홈이 형성되고,
상기 실험대상물이 상기 삽입홈에 삽입된 상태를 고정하도록 상기 삽입홈에 직교하게 관통하여 볼트가 체결되는 것을 특징으로 하는 열전도 실험장치.
청구항 5에 있어서,
상기 조작수단은
상기 발열수단과 전원을 연결하는 스위치인 것을 특징으로 하는 열전도 실험장치.
청구항 6에 있어서,
상기 시온안료는 40℃에서 색이 변하는 안료인 것을 특징으로 하는 열전도 실험장치.
청구항 7에 있어서,
상기 프레임에 일정시간 동안 열이 이동된 거리를 측정할 수 있도록 스톱워치가 구비되는 것을 특징으로 하는 열전도 실험장치.
청구항 2에 있어서,
상기 보호커버의 외주면에 수증기 배출을 위한 복수의 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 열전도 실험장치.