물리교육에서 나타나는 전구에 대한 문제들에 대한 연구 (II): 전구의 전류 계산

현동걸,박정우,신애경 한국물리학회 2023 새물리 Vol.73 No.2

This paper proposes two methods for calculating current flow through an electric bulb, which is a nonlinear electric device: the graphical method and the optimal auxiliary function method. The currents flowing through an electric bulb of 2.5 V − 0.3 A with room temperature resistance R0 = 1.3 Ω according to the terminal voltages of it are calculated via the methods and are compared with the measured currents. Compared with the measured currents, the currents calculated via the graphical method have error rates below 5.95%, and the currents calculated via the optimal auxiliary function method have error rates below 2.44% in the operating region of the electric bulb. These low error rates demonstrate the validity and practicality of the two methods. 이 연구에서 비선형 전기소자인 전구의 전류를 계산할 수 있는 방법으로 두 개의 방법, 즉 전류의 도해법과 최적보조전류함수법을 제안한다. 이 두 방법을 사용하여 실온저항 R0 = 1.3 Ω인 2.5 V − 0.3 A인 전구의 양단전압에 따른 전구에 통해서 흐르는 전류를 계산하고 측정한 전류와 비교하였다. 전구의 작동영역에서 측정한 전류에 비하여 전류의 도해법으로 계산한 전류는 5.95% 이하의 오차율을 가지며, 최적보조전류함수법으로 계산한 전류는 2.44% 이하의 오차율을 가진다. 이들 오차율은 낮은 오차율로서 이들 방법이 타당성과 실용성을 보장하는 것이다.

전기회로 관련 초등학교 실험수업에서 발생하는 문제들에 대한 연구

현동걸,신애경 한국물리학회 2014 새물리 Vol.64 No.12

In spite of the several reforms in the curriculum from the third science curriculum to the existing science curriculum, many problems still occur repeatedly in elementary-school science classes. Upon some investigations, these kinds of problems have appeared in elementary school science classes related to electric circuits since the third science curriculum focused the inquiry activities. In this study, the status of these problems was investigated and discussed, and the causes of the problems were discovered through theoretical or experimental analysis. The analyses show that abnormal conditions of the batteries used as electric power sources and of the electric bulbs used as load resistances in the electric circuits are the main causes of the problems. In addition, the lack of knowledge and the misconceptions about batteries and electric bulbs of elementary-school teachers could also be causes of the problems. 탐구 중심의 교육과정인 제3차 과학과 교육과정이 실시된 이래 여러 차례의 초등학교 과학과 교육과정의 개편이 있었음에도 불구하고, 초등학교 전기회로 관련 실험수업에서 몇 가지 문제들이 반복하여 나타난다는 연구 결과들이 있다. 이 연구에서는 이러한 문제들에 대한 해석의 실태를 조사하고 논의하였으며, 초등학교의 실험수업에서 일어날 수 있는 상황을 고려하여 조작적으로 문제들을 재현시켜 재확인하였다. 그리고 실험과 문헌 연구를 통하여 전구와 전지에 대한 기초적인 정보를 제시함과 동시에 이들을 바탕으로 관련 문제에 대한 실험적 또는 이론적 분석을 통하여 그 원인을 규명하였다. 전기회로 관련 초등 실험수업에서 발생하는 문제의 원인으로 전기회로의 전력원으로 사용하는 전지와 부하저항으로 사용하는 전구의 불량이 그 주된 원인으로 나타나지만, 전지와 전구에 관련된 초등교사들의 지식 부족과 오개념 또한 그 원인이될 수 있음이 이 연구를 통해 규명되었다.

Polystyrene 입자 수용액에서 프랙탈 차원에 관한 광산란 실험 연구

강명화,김두철,강창희,현동걸 제주대학교 1994 논문집 Vol.39 No.-

Using light scattering technique, we measured intensities of scattered light from aggregation of polystyrene particles of 114nm in a solution of NaCl in the concentration from 0.15 to 2mol/ℓIntensity data give direct information that aggregated cluster are built with fractal structure ; We find that the value for fractal dimension of aggregation in the fast regime 1.25≤c≤2mol/ℓis 1.55 ±0.05 that is nearly consistent with diffusion-limited-aggregation model, whereas in the slow regime (0.3≤c≤0.5mol/ℓ)the value of fractal dimension is 2.12±0.05 agreed with reaction-limited-aggregation model.

Interactive art를 활용한 스팀프로그램 개발

현동걸,신애경,임성만,김성운,양경식 한국초등과학교육학회 2015 한국초등과학교육학회 학술대회 Vol.68 No.-

이 연구는 기존의 과학중심 스팀프로그램 개발이 아닌 과학과 미술을 융합한 스팀프로그램의 개발과 적용에 그 목적이 있다. 인터렉티브 아트란 작가와 관람객이 소통하여 하나의 작품을 완성하는 현대미술의 한 장르이다. 학생들은 인터렉티브 아트 작품을 감상하고 제작해보는 활동을 통해서 기존의 어렵고 일방적인 미술활동에서 벗어나, 현대미술에 대하여 친근함을 느끼고 예술적인 창의성을 경험할 수 있다. 개발된 인터렉티브 아트를 활용한 스팀프로그램은 예술 활동의 도제교육시스템인 보고-따라하고-버리기를 스팀단계에 융합하여 구성하였다. 작품 속에서 과학적 개념이나 원리를 학습하고, 그 표현력을 최대화 할 수 있는 과학적 개념과 원리를 찾아 접목시키는 방법으로 프로그램을 구성하여 학생들이 스스로 과학개념이 적용된 창의적인 산출물을 제작할 수 있도록 하였다. 이 프로그램은 학년군별로 프로그램의 주제를 다르게 하여 개발되었다. 초등학교 3-4학년군은 빛의 성질, 초등학교 5-6학년군은 산과 염기의 지시약 반응, 중학교는 에너지의 전환, 고등학교는 광섬유를 소재로 하였다. 또한 작품의 주제는 지역적 소재인 제주도로 그 범위를 한정지어 학생들의 사고의 폭을 좁혀주어 생활이나 주변 환경과 관련이 깊은 활동소재를 발굴할 수 있도록 하였고, 작품의 재료는 주변에서 쉽게 접할 수 있는 재활용품이나 미술재료를 최대한 활용하도록 하여 현장에서의 프로그램 활용도를 높일 수 있도록 하였다. 개발된 프로그램은 시범학교의 적용을 거쳐 수정, 보완되었으며, 학생들이 직접 제작한 산출물로 인터렉티브 아트 전시회를 개최하여 학생 및 현장교사들의 스팀에 대한 관심을 높일 수 있었다. 워크샵은 개발된 프로그램중 3-4학년군 ‘빛으로 대화하는 인터렉티브 아트’의 학생작품 중 하나인 ‘태초의 빛’ 작품을 제작하는 활동으로 진행된다. ‘태초의 빛’ 작품은 형광등이나 LED를 광원으로 사용하여 색칠이 된 스티로폼 박스내부에 설치한 후, 관람객들이 송곳으로 찔러 별빛이 만들어지는 것과 같은 효과를 낼 수 있는 인터렉티브 아트 작품이다. 이처럼 작품의 재료가 간단하면서도 학생들이 쉽게 참여 할 수 있고, 과학적 원리가 적용된 예술작품을 만들어 봄으로써 현장적용가능성을 탐색하는 것이 이 워크샵의 목적이다.

눈의 구조와 기능에 대한 광학적 이해를 위한 모형화

현동걸,신애경 한국초등과학교육학회 2017 한국초등과학교육학회 학술대회 Vol.73 No.-

초등과학영재교육의 교수·학습의 실제

현동걸 제주교육대학교 2004 論文集 Vol.33 No.-

ZnS : SmF₃와 ZnS : TmF₃EL 소자의 계면준위

현동걸 濟州敎育大學校 1993 論文集 Vol.22 No.-

The variation of the characteristics of the applied voltage and transferred charge has been observed, adding oxygen to ZnS : SmF₃and ZnS : TmF₃with double insulating layer of Si₃N₄. Assuming the trapping potential in the interface between insulator and phospher layer as the Coulomb potential well and using the basic equations for the electroluminescence mechanism, the electron trapping levels in the interface formed with S-vacancy and oxygen of iso-electronic impurity are estimated to be about 0.87 and 0.9 eV below the conduction band of ZnS.

물리교육에서 다루어지는 전자석의 자기력에 대한 이론적 연구

현동걸,신애경,박상우 한국현장과학교육학회 2015 현장과학교육 Vol.9 No.1

The magnetic force of an electromagnet acting upon a material object have been treated qualitatively in physics education of elementary school. But the degree of understanding about the magnetic force of an electromagnet of elementary school teachers or science teachers was very low. It is a reason for them that it is very difficult to find the informations about the magnetic force of an electromagnet. The purpose of this study is to provide the qualitative and quantitative informations about the magnetic force of an electromagnet to elementary school teachers or science teachers. The magnetic field of an electromagnet was derived on the base of the concepts about the magnetization of the core of an electromagnet, and the magnetic force of an electromagnet was derived using the magnetic potential energy method and was discussed in this study. The magnetic force of an electromagnet derived in this study is proportional to the cross section area of the electromagnet and the magnetic susceptibility of the material object, and is proportional to the squares of the relative permeability of the core material, the number of loop wire per unit length, and the current through a loop wire of the electromagnet. 전자석이 물체에 작용하는 자기력은 초등학교의 물리교육에서 정성적으로 다루어진다. 그러나 초등학교 교사나 과학교사들의 이에 대한 이해도는 매우 낮다. 이러한 이유 중에 하나는 이들에 대한 정보들을 찾아보기가 매우 어렵다는 것이다. 이 연구의 목적은 전자석의 자기력에 대한 정성적이고 정량적인 정보를 초등학교 교사나 과학교사들에게 제공하는 것이다. 이 연구에서 전자석의 철심의 자화에 대한 개념들을 바탕으로 전자석의 자기장을 유도하였으며, 그리고 자기포텐샬에너지 방법으로 전자석의 자기력을 체계적으로 유도하고 논의하였다. 이 연구에서 유도된 물체에 작용하는 전자석의 자기력은 전자석의 단면적과 물체의 자화도에 비례하며, 철심의 상대투자율, 단위 길이당 고리전선의 수, 그리고 고리전선에 흐르는 전류의 제곱에 비례한다.

물리교재에서 단진자 주기 유도과정의 문제와 해결을 위한 제안

현동걸,채동현,신애경 한국초등과학교육학회 2019 한국초등과학교육학회 학술대회 Vol.76 No.-

단진자는 물리교육에서 주기운동을 이해하는 데 중요한 자료이다. 고등학교의 물리 교재와 대학의 일반물리학 교재에서 단진자의 주기를 유도하는 방법은 공통적이다. 이 공통적인 방법은 단진자의 주기를 유도하기 위해서는 반드시 단진동자의 주기를 우선적으로 학습해야 하며, 그리고 단진자와 단진동자의 힘 방정식들을 비교하여야 한다. 그러나 교사들이나 학생들의 이러한 과정에 대한 이해 부족은 이에 대한 오개념을 발생시킬 뿐만 아니라, 교사들과 학생들에게 어려움을 야기하고 있다. 이 연구에서는 단진동자의 주기를 구하는 과정에 비교 함이 없이 단진자의 주기를 구할 수 있는 방법을 제안하였다.

다중고리전선에 흐르는 전류의 자기작용 관련 실험수업에서 발생하는 문제들에 대한 이론적 분석 l module, Infographic type, Students’ perception

현동걸,김두철 한국물리학회 2017 새물리 Vol.67 No.2

To discover the causes of the problems related to the magnetic interaction of electric currents flowing through multiple loops occurring in the science class and to solve those problems, we extended the model for the deflection of a compass needle near a straight electric wire with an electric current flowing through it, as proposed by Hyun and Park, and applied it to the deflection of a compass needle near multiple loops with electric currents flowing through them. The intensities of the magnetic fields formed by the electric currents flowing through multiple loops was found to increase in proportion to the number of loops because of the superposition of the magnetic fields so that they deviated from the proportion section. If the intensities of the magnetic fields are to be estimated based on the deflection angles of a compass needle, the intensities of the magnetic fields must be included in the proportion section connecting an electric light bulb with large resistance and a decreasing number of loop electric wires. 다중고리전선에 흐르는 전류의 자기작용 관련 실험수업에서 발생하는 문제들의 원인을 밝히고 그 문제들을 해결하기 위하여, Hyun과 Park이 제안한 전류가 흐르는 직선전선 부근의 나침반 자침의 편향 모형을 확장하여 전류가 흐르는 다중고리전선 부근의 나침반 자침의 편향에 적용하였다. 다중고리전선에 흐르는 전류에 의한 자기장의 세기는 자기장의 중첩에 의하여 고리전선의 수에 비례하여 커져서 비례영역을 쉽게 벗어난다. 나침반 자침의 편향각을 근거로 자기장의 세기를 예측하기 위하여서는 저항이 큰 전구를 전기회로에 연결하고 고리전선의 수를 적게 하여 자기장의 세기가 비례영역 내에 있도록 해야 한다.