KR20110094526A - 씨디에스, 엘이디, 리드스위치를 이용한 옴의 법칙 체험실험장치 및 방법 - Google Patents

씨디에스, 엘이디, 리드스위치를 이용한 옴의 법칙 체험실험장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 황화카드뮴(CdS), 엘이디(LED), 리드스위치(Reed Switch)를 이용한 옴의 법칙 체험실험장치에 관한 것으로, 특히 반도체의 신소재를 활용하여 전압, 전류 및 저항의 관계를 실험을 통해 알아봄으로써 옴의 법칙을 쉽게 이해하도록 하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
CdS과 LED가 직렬로 연결된 제 1부품부(10)와 CdS과 LED이 병렬연결된 두 개의 부품 묶음을 도선으로 직렬연결한 제 2부품부(20)와 LED와 Reed Switch(32)가 직렬로 연결된 제 3부품부(30)와 회로에 전원을 공급하는 전원부(40)가 포함되어 구성되어 지는 것을 특징으로 하는 장치과 옴의 법칙을 체험하는 실험 방법에 관한 것이다.

Description

씨디에스, 엘이디, 리드스위치를 이용한 옴의 법칙 체험실험장치 및 방법 {Method and An apparatus for Experience Experiment of Ohm's Lawby Using CdS, LED, Reed Switch}
본 발명은 CdS, LED, Reed Switch를 이용한 옴의 법칙 체험실험장치에 관한 것으로, 특히 반도체의 신소재를 활용하여 전압, 전류 및 저항의 관계를 실험을 통해 알아봄으로써 옴의 법칙을 쉽게 이해하도록 하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 옴의 법칙을 확인하기 위한 전기회로의 일 예를 나타낸 것이다. 도 1 회로에서는 R1, R2 이 직렬로 연결되어 전압을 공급받고 , R3와 R4는 서로 병렬로 연결되어 전압을 공급받는다.
여기서, R1과 R2 에 걸리는 전류는 저항값에 상관없이 같고, 각 저항값에 흐르는 전압은 저항값에 비례한다.
또한 R3와 R4의 전압은 저항에 관계없이 같으며, 전류는 저항값에 반비례하는값을 가지는 것을 전자기 이론을 바탕으로 하여 그 값을 구할 수 있다.
따라서, 학생들이 상기와 같은 도 1의 회로와 같이 직·병렬 회로에서 전자기 이론을 학습하기 위하여 옴의 법칙을 이용하여 계산함으로써 각 저항에 흐르는 전류와 전압, 회로 전체에 흐르는 전류 등을 구할 수 있다.
그러나 종래의 옴의 법칙 확인 장치 및 방법은 회로를 처음 접하는 학생들이 어려운 계산을 적용해야 하기 때문에 이해하기 어려우며, 흥미를 느끼기 어려운 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로써, CdS, LED, Reed Switch를 이용하여 자석의 움직임 및 CdS의 변화에 따라 LED 밝기 변화를 통해 전압, 전류 및 저항의 관계를 쉽고 재미있게 알아볼 수 있도록 하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 CdS, LED, Reed Switch로 이용한 옴의 법칙 체험실험장치에 CdS, LED, Reed Switch로 이용한 옴의 법칙 체험실험장치 및 방법에 있어서,
CdS과 LED가 직렬로 연결된 제 1부품부와; CdS과 LED이 병렬연결된 두 개의 부품 묶음을 도선으로 직렬연결한 제 2부품부와; LED와 Reed Switch가 직렬로 연결된 제 3부품부와; 회로에 전원을 공급하는 전원부가 포함되어 이루어지며,
제 1부품부와 제 2부품부를 병렬로 연결하는 제 1단계와;제 2부품부와 제 3부품부를 병렬로 연결하는 제 2단계와;병렬로 연결된 제 1부품부와 제 2부품부와 제 3부품부의 일단은 전원의 양극(+)에 연결되고, 타단은 전원의 음극(-)에 연결하는 제 3단계와;CdS를 조절하면서 LED의 밝기를 관찰하는 제 4단계와; Nd(네오디뮴)자석을 Reed Switch에 가까이하면서 LED의 밝기를 관찰하는 제 5단계;로 구성되어진다.
본 발명에 따르면 CdS, LED, Reed Switch를 이용하여 자석의 움직임 및 CdS의 변화에 따라 LED 밝기 변화를 통해 전압, 전류 및 저항의 관계를 쉽고 재미있게 알아볼 수 있어 딱딱한 회로공부에 흥미를 유발하여 학습효과 향상에 큰 도움을 줄 수 있다.
도 1은 종래의 전압을 확인하기 위한 전기회로의 일예를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 옴의 법칙을 체험하는 장치를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 옴의 법칙을 체험하는 방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 옴의 법칙 체험장치 및 방법에 대해 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명은 CdS, LED, Reed Switch로 이용한 옴의 법칙 체험실험장치에 있어서,
도 2는 본 발명에 의한 옴의 법칙 체험장치를 나타낸 것이다.
본 발명인 CdS, LED, Reed Switch로 이용한 옴의 법칙 체험실험장치(100)는 CdS과 LED가 직렬로 연결된 제 1부품부(10)와, CdS과 LED이 병렬연결된 두 개의 부품 묶음을 도선으로 직렬연결한 제 2부품부(20)와, LED와 Reed Switch(32)가 직렬로 연결된 제 3부품부(30)와, 회로에 전원을 공급하는 전원부(40)가 포함되어 이루어진다.
본 발명에 의한 CdS, LED, Reed Switch로 이용한 옴의 법칙 체험실험장치(100)를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 1부품부(10)는 CdS1(11)이 LED1(12)의 애노드(anode)와 도선으로 직렬연결되어 구성되며, 제 2부품부(20)는 LED2(21)와 CdS2(22)을 도선으로 병렬연결한 것과 LED3(23)와 CdS3(24)을 도선으로 병렬연결한 것 5㎝ 내지 7㎝ 정도의 도선으로 직렬연결하여 구성되며, 제 3부품부(30)는 LED4(31)의 캐소드가 Reed Switch(32)와 직렬연결되어 구성된다.
상기 각 부품부는 전원부(40)와 병렬로 연결되되, 각 부품부 LED의 애노드가 전원부(40)의 양극(+)과 연결되며, LED의 캐소드는 전원부(40)의 음극(-)과 연결된다.
상기 전원부(40)의 전압은 3V의 직류 전원인 것이 바람직하다.
다음은, 본 발명에 의한 CdS, LED, Reed Switch(32)로 이용한 옴의 법칙 체험실험방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 1부품부(10)와 제 2부품부(20)를 병렬로 연결(S10)한 후, 병렬연결된 제 2부품부(20)에 다시 제 3부품부(30)를 병렬로 연결(S20)하며, 서로 병렬 연결된 제 1부품부(10)와 제 2부품부(20)와 제 3부품부(30)의 일단에 전원의 양극(+)에 연결을 하고, 타단은 전원의 음극(-)에 연결하는 방법으로 구성된다.
상기 CdS은 광량이 증가할 수록 저항값이 작아지는 특징을 가지며, LED는 전압이 낮은 동안은 전압을 올려도 거의 전류가 흐르지 않고, 발광도 하지 않으며 어느 전압 이상이 되면 전압 상승에 대하여 전류가 빠르게 흘러서, 전류량에 비례해서 빛이 발생되는 특징을 갖는다.
상기와 같은 특징을 이용하여, CdS의 광량을 조절하여 LED의 밝기를 관찰하는 방법(S40)을 살펴보면, 먼저 옴의 법칙체험 방법 중 제 1부품부(10)의 CdS1(11)에 레이저 또는 플래쉬 광을 이용하여 CdS1(11)의 광량을 증가시킨다.
상기 CdS1(11)의 광량이 증가함에 따라 LED1(12)의 밝기를 관찰하면 전류가 일정하게 흐르는 직렬회로에서 저장과 전압의 관계에 대해 알아볼 수 있다.
상기 직렬회로에서 CdS1(11)의 광량이 증가함에 따라 LED1(12)의 밝기를 비교해 보면 제 1부품부(10)의 CdS1(11)의 광량이 순차적으로 증가시 LED1(12)가 일정 지점에서 켜지며, CdS1(11)의 광량이 증가할 수록 LED1(12)의 밝기도 밝아짐을 볼 수 있으며, 상기 LED1(12)가 켜져있는 상태에서 CdS1(11)의 광량을 줄이면 LED1(12)의 밝기가 점점 어두워 지다가 LED1(12)가 꺼지는 것을 볼 수 있다.
이는 CdS1(11)의 광량이 증가함으로 CdS1(11)에 걸리는 저항값이 줄어들고 저항값이 줄어듦으로써 전압값도 줄어들게 된다.
제 1부품부(10)는 3V 전원에 병렬연결되어 있으므로 전압의 합이 3V로 일정해야 한다.
이에, LED1(12)에 전가되는 전압이 커지고 전류의 양도 증가되며, 일정전압이상 되면 LED1(12)가 켜지고 LED1(12)의 밝기가 점점 밝아지게 된다.
위의 CdS1(11)과 LED1(12)의 실험을 통해 직렬에서 V=I×R의 공식이 성립함을 확인할 수 있다.
다음으로, 옴의 법칙체험 방법 중 제 2부품부(20)의 LED2(21)의 밝기를 관찰하여 전압이 일정한 병렬회로에서 저장과 전류의 관계를 알아보는 방법에 대한 설명이다.
상기 제 2부품부(20)의 CdS2(22)에 레이저 또는 플래쉬 광을 이용하여 CdS2(22)의 광량을 증가시키면 LED3(23)가 일정 지점에서 켜지며, CdS2(22)의 광량이 증가할 수록 LED3(23)의 밝기도 밝아짐을 볼 수 있으며, 상기 LED3(23)가 켜져있는 상태에서 CdS2(22)의 광량을 줄이면 LED3(23)의 밝기가 점점 어두워 지다가 LED3(23)가 꺼지는 것을 볼 수 있다.
이는 CdS2(22)의 광량이 증가함으로 CdS2(22)에 걸리는 저항값이 줄어들고 CdS3(24) 및 LED3(23)의 병렬구조와는 전류가 일정한 직류로 연결되어 있으므로 저항값이 줄어듦으로써 CdS2(22)에 걸리는 전압값도 줄어들게 된다.
전압이 일정한 병렬구조 CdS2(22)와 LED2(21) 구조에서 CdS2(22)의 전압이 감소함으로 LED2(21)의 전압도 감소한다.
이에, LED2(21)에 전가되는 전압이 감소하고 전류의 양도 감소하여, LED2(21)의 밝기가 점점 어두워지다 꺼지게 된다.
LED2(21)와는 반대로 CdS2(22)의 전압값이 감소함으로 CdS3(23) 및 LED3(23)에 걸리는 전압값이 증가하므로, LED3(23)의 밝기가 점점 밝아지는 현상을 체험할 수 있다.
위의 제 2부품부(20)의 실험을 통해 병렬에서 V=I×R의 공식이 성립함을 확인할 수 있다.
다음으로, Nd(네오디뮴)자석(미도시)을 Reed Switch(32)에 가까이하여 옴의 법칙체험 방법 중 제 3부품부(30)의 LED4(31)의 밝기를 관찰하여 병렬에서는 전압과 저항과의 관계를 알아보는 방법에 대한 설명이다.
상기의 방법으로 Nd(네오디뮴)자석(미도시)을 Reed Switch(32)에 가까이하면 LED의 밝기가 CdS를 조절한 경우보다 밝다.
이는, LED4(31)에 걸리는 전압의 측정결과 3V에 가까운 전압이 걸리기 때문이다.
이에, 저항의 병렬연결에서는 각 저항에 걸리는 전압이 같음을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예들로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 제 1부품부 11 : LED1
12 : CdS1 20 : 제 2부품부
21 : LED2 22 : CdS2
23 : LED3 24 : CdS3
30 : 제 3부품부 31 : LED4
32 : Reed Switch 100 : 옴의 법칙 체험장치

Claims (2)

  1. CdS과 LED가 직렬로 연결된 제 1부품부와;
    CdS과 LED이 병렬연결된 두 개의 부품 묶음을 도선으로 직렬연결한 제 2부품부와;
    LED와 Reed Switch가 직렬로 연결된 제 3부품부와;
    회로에 전원을 공급하는 전원부가 포함되어 구성되어 지는 것을 특징으로 하는 CdS, LED, Reed Switch를 이용한 옴의 법칙 체험실험장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 1부품부와 제 2부품부를 병렬로 연결하는 제 1단계와;
    제 2부품부와 제 3부품부를 병렬로 연결하는 제 2단계와;
    병렬로 연결된 제 1부품부와 제 2부품부와 제 3부품부의 일단은 전원의 양극(+)에 연결되고, 타단은 전원의 음극(-)에 연결하는 제 3단계와;
    CdS의 광량을 조절하면서 LED의 밝기를 관찰하는 제 4단계와;
    Nd(네오디뮴)자석을 Reed Switch에 가까이하면서 LED의 밝기를 관찰하는 제 5단계;로 구성되어 지는 것을 특징으로 하는 CdS, LED, Reed Switch를 이용한 옴의 법칙 체험실험방법.


KR1020100013979A 2010-02-17 2010-02-17 씨디에스, 엘이디, 리드스위치를 이용한 옴의 법칙 체험실험장치 및 방법 KR20110094526A (ko)

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KR20230101237A (ko) * 2021-12-29 2023-07-06 인제대학교 산학협력단 아두이노 보드를 이용한 전자, 프로그램 교육키트

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