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중학교 교과서에 도입된 용해도 측정 실험의 한계점 분석 및 대체 실험 제안
손원기,김준영,정대홍 한국현장과학교육학회 2018 현장과학교육 Vol.12 No.3
용해도는 화학에서 중요하게 다루어지는 물질의 고유 성질 중 하나로, 대부분의 중학교 과학 교과서에서 용해도를 정량적으로 측정하거나 비교하는 실험을 제시하고 있다. 그러나 학교 실험실 환경에서 제시된 실험 방법으로 용해도 측정 실험을 하면 문헌값과 오차가 매우 크다. 본 연구에서는 교과서에 제시된 4 가지 용해도 측정법에 대해서 실제 실험을 수행하여 오차 원인을 규명하였다. 주요 오차 원인으로 용기에 의한 용액 온도 감소, 재결정법에서 냉각 과정에서 과포화 현상, 고체 용질에 대한 육안 관찰의 한계, 가열 과정에서 용매 증발로 인한 용해도 변화가 용해도 측정에 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 이와 같은 요인을 최소화할 수 있는 실험 방법을 고안하였고, 학교 실험실 환경에서 측정한 질산 칼륨과 염화 나트륨의 용해도 값이 문헌값과 매우 근사함을 확인하였다. Solubility is one of important concepts in chemistry, and most textbooks of middle school introduce experiments that quantitatively measure or compare solubility. However, the experimental methods cause large experimental errors compared with the literature. This study identified the orgins of experimental errors by performing solubility measurements based on 4 methods introduced in the textbooks. The main origins include the temperature decrease of solution by apparatus, super-saturation in the cooling process in the recrystalization method, limit of sight measurement of solid solute, and concentration change caused by solvent evaporation during heating process. An experimental method that minimizes these factors was devised, which allowed solubility measurements of potasium nitrate and sodium chloride close to literature values.
Robust Predictive Control of Uncertain Nonlinear System With Constrained Input
손원기,권오규,최진영 제어·로봇·시스템학회 2002 International Journal of Control, Automation, and Vol.4 No.4
In this paper, a linear matrix inequality(LMI)-based robust control method, which combines model predictive control(MPC)with the feedback linearization(FL), is presented for constrained nonlinear systems with parameter uncertainty. The design proceduresconsist of the following 3 steps: Polytopic description of nonlinear system with a parameter uncertainty via FL, Mapping of actualinput constraint by FL into constraint on new input of linearized system, Optimization of the constrained MPC problem based on LMI.single link manipulator are performed.
금속 원소의 불꽃 반응 실험에서 스펙트럼 세기에 따른 색상 인지에 관한 실증적 고찰
이성균,손원기,신동욱,이경건 한국현장과학교육학회 2019 현장과학교육 Vol.13 No.4
The flame test experiment of metal elements have been used traditionally in chemistry education. It has advantages of stimulating students' interest and having simple experimental procedure. However, there was a problem of reproducibility, such as that the flame color was perceived differently by observers for the same element at school, and some previous discussions were conducted to search for the cause. In this study, we tried to understand the phenomenon based on the fundamental principles related to the experiment rather than discussing the problems in the experimental method or the field performance. With a case study of the flame test of Na element, the principle of emission spectrum of substances, human color perception process, and color classification system were systematically examined. Consequently, it is confirmed that the color of flame perceived by human observers varies depending on the intensity of emission spectrum and the intensity of light sensed by human visual cells. The result of this study reaffirmed the implications of visual observation, and would be utilized in educational context of experiment & observation sessions in school. 금속 원소의 불꽃 반응 실험은 화학교육에서 전통적으로 활용되어 온 실험 중 하나로서, 학생들의 흥미를 끌 수 있고 실험 절차가 복잡하지 않은 등의 장점을 지니고 있다. 하지만 학교 현장에서는 동일한 원소에 대하여 불꽃색이 다르게 인지되는 결과가 종종 발생하는 등 재현성의 문제가 제기되었고, 그 원인을 탐색하는 논의들이 이루어져 왔다. 본 연구에서는 실험 방법이나 현장에서의 수행에 문제를 제기하기보다는 불꽃색 관찰과 관계된 색의 인지 원리에 입각하여 이 문제를 고찰하고자 하였다. 구체적으로 Na 원소의 불꽃색 관찰 실험을 사례로 하여, 물질의 빛 방출 과정, 인간의 색상 인지 과정, 색상 분류 체계를 통합적으로 고찰함으로써 방출 스펙트럼의 세기와 인간의 시세포에서 감지하는 정도에 따라 인간이 인지하는 불꽃 반응색이 달라질 수 있음을 실증적으로 확인할 수 있었다. 이 연구를 통해 시각을 이용한 측정이 가지는 의미를 재확인할 수 있었고, 이 결과는 학교 현장에서 시각을 이용한 실험 관찰에서 결과를 해석할 때 교육적으로 유용하게 활용될 수 있을 것이다.