중학교 과학 교과서의 정전기 관련 실험에 대한 분석 및 제안

현동걸,조헌국 한국물리학회 2017 새물리 Vol.67 No.8

이 연구는 실험을 기반으로 정전기 현상을 이해하고 추론할 수 있도록 중학교 과학 교과서의 정전기 관련 실험을 분석하고, 이를 개선하기 위한 새로운 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다. 이에 현행 중학교 3학년 과학 교과서 5종을 선정하여, 정전기에 관련된 실험을 마찰전기, 접촉전기, 정전기 유도, 정전기 방전으로 범주화하였고 실험에서 나타나는 문제점을 개선하고자 교과서에 주로 나타나는 상황인 마찰전기, 대전, 정전기력, 정전기 유도, 정전기 방전 등을 보다 쉽게 이해할 수 있는 새로운 실험 방안을 제시하였다. 이를 통해 대전된 전하의 종류, 전하량 보존, 전기력, 유도전하, 정전기 방전 등에 관련된 미시적인 현상들을 쉽게 추론할 수 있도록 하였다. The purpose of this study was to analyze the electrostatic experiments introduced in secondary science textbooks and to propose the effective methods for students to understand the concepts based on the experiments. Thus, five kinds of existing textbooks were selected, and the experiments presented in them were categorized into triboelectricity, contact electrification, electrostatic induction, and electrostatic discharge. This study suggested more simple and effective ways to understand those phenomena so that students can infer the kinds of charges, conservation of charge, electrostatic force, electrostatic induction, electrostatic discharge, and others.

항공기 외표면 정전기 방출기 장착설계 및 시험에 관한 연구

우희채(Hee-Chae Woo),김용태(Yong-Tae Kim),김봉규(Bong-Gyu Kim) 한국항공우주학회 2017 韓國航空宇宙學會誌 Vol.45 No.7

항공기에는 비행 중 공기 중으로부터 축적된 정전기를 방출시키기 위하여 정전기방출기를 장착하여야 한다. 특히 정전기 방출기에 의해 방출되지 않으면, 항공기 표면에 이온화현상이 발생하게 되고, 그에 따라 항공기 외부로 돌출된 안테나 및 날개 끝부분에서 코로나 현상을 발생시켜 무선통신 및 장비운용에 영향을 미치게 한다. 본 논문에서는 항공기 정전기 방출기를 장착하기 위하여 항공기 표면적과 속도 그리고 기후조건을 분석하였다. 또한 그 분석결과를 바탕으로 정전기 방출기 장착설계를 수행할 수 있으며, 장착된 정전기 방출기의 기능시험을 통하여 효과적으로 장착설계가 되어있음을 확인할 수 있다. 그리하여 본 연구결과를 바탕으로 추후 다양한 크기와 임무조건을 가지는 항공기의 정전기 방출기 장착설계를 최적화하여 수행할 수 있다. Static dischargers should be installed on air vehicle to emit a static electricity during flight. Especially, If static electricity is not removed by static discharger on the air vehicle, it makes ionization and corona effect on the edge of antenna and wing. Those phenomenon bring about performance degradation for radio communication and equipment operation. In this paper, the conditions such as climate, air vehicle’s speed and frontal area were analyzed to design static dischargers. As a result, the static dischargers would be optimally designed for air vehicles and the performance of the static dischargers can verify according to the functional experiment. Therefore the result of this research will be used to make static discharger installation design for new air vehicle that have different size and mission.

정전기 수소화재에 관한 실증적 연구

노영진(Young Jin Roh),박선휘(Sun Hwi Park),김선화(Seonhwa Kim),박준현(Jun Hyun Park) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4

수소 충전 차량용기와 같은 밀폐공간에서의 가스 누출 시 중대 사고의 개연성이 높으므로 수소를 생산, 수송, 저장하기 위한 제품의 개발과 더불어 안전 기술개발은 중요하다⁽¹⁾⁽²⁾. 수소가스는 부력, 확산속도, 작은 분자크기 등으로 인해 다른 가스에 비해 점화시키기 어려울 뿐만 아니라 연소 상태를 유지하기가 어려우므로 수소화재가 발생하려면 적당한 수준의 수소농도, 산소농도 및 점화원이 존재하여야 한다. 또한 점화원의 측면에서 정전기는 위험장소에서의 정전기 관련 사고·재해가 발생하지 않도록 사전에 산업설비 및 인체 상호간의 시스템적 관점에서 발생수준을 안전한 상태로 관리하는 것이 무엇보다도 중요하다⁽³⁾⁽⁴⁾. 특히 점화원이 정전기인 경우, 정전기는 재현성이 없는 현상이기 때문에 측정 결과가 매우 분산되어 나타나고 재해의 대부분은 대전량이 어느 수준을 넘으면 반드시 발생하는 확정 현상이 아니고 어떤 빈도로 발생하는 확률 현상이다. 따라서 본 연구에서는 마찰에 의한 정전기 전위량 측정, 수소화재가 착화되는 최소 가스 누설량 측정하여 수소가스 누설과 정전기량의 상관관계를 분석하였다. 또한 누설되는 수소가스의 거동을 전산유체역학적 해석으로 검토하였다. 향후 수소가스 설비의 사고 예방 및 안전대책을 수립하는 참고자료로 활용하고자 한다. Generally, hydrogen gas is difficult to ignite compared to other gases due to buoyancy, diffusion rate, and small molecular size, and it is difficult to maintain a combustion state. Therefore, in order to generate hydrogen fire, the hydrogen concentration, oxygen concentration, and ignition source must exist appropriately. In addition, in terms of ignition sources, it is of utmost importance to manage the level of static electricity in a safe state in advance from a systemic point of view between industrial facilities and human bodies so that static electricity-related accidents and disasters do not occur in hazardous places. In particular, when the ignition source is static electricity, since static electricity is a phenomenon that has no reproducibility, the measurement results have scatters, and most of the disasters are not a definite phenomenon that necessarily occurs when the amount of charge exceeds a certain level, but a probability phenomenon that occurs at a certain frequency. Therefore, in this study, the correlation between the hydrogen gas leakage and the amount of static electricity was analyzed by measuring the amount of electrostatic potential due to friction and the minimum gas leakage at which the hydrogen fire is ignited. In addition, the behavior of the leaked hydrogen gas through computational fluid dynamics analysis will be used as references to establish accident prevention and safety measures for hydrogen gas facilities.

정전기화재 조사사례와 감식기법

김윤회 한국화재조사학회 2016 한국화재조사학회 학술대회 Vol.2016 No.10

자동인쇄기 공장에서 정전기 화재가 종종 발생하고 있다. 이는 윤전기에서 발생하는 정전기가 인쇄잉크에서 증발하는 유기용매증기의 점화원으로 작용하여 일어난다. 이를 막기 위해 환 풍기가 설치되어있고 제전시스템이 설치되어있다. 실제 사고 조사 사례에서 이들 배기 설비나 제전시스템이 정상적으로 작동하지 않아 화재가 발생하게 된 것을 알 수 있었으며, 제전장치는 설치상태의 불량과 배기 닥트 시스템에서 문제점이 발견되었다. 제전시스템은 접지회로 상 연 결부분이 불량하거나 부식 등에 의하여 단선되는 불완전한 상태이고, 닥트시스템은 선단에 역 풍에 의한 충분한 배기가 이루어질 수 없게 설치됨을 알 수 있었다. 원인조사는 여타원인의 배 제와 정전기에 의한 화재임을 정황으로 입증하고 제전시스템과 배기시스템의 이상 확인을 통해 민형사상 책임소재를 분명히 하여야 한다. Static electricity fires often occur in the automatic printing press factory. This takes place by acting as an ignition source of an organic solvent vapor evaporated from the static electricity from rotary press for printing ink. To prevent such accidents has been the antistatic and ventilation equipment. In these cases the actual accident investigation ventilation equipment or antistatic facility is not working properly could see that the fire occurred. Antistatic system was incomplete state that poor or partial disconnection circuit connected to the ground by erosion and so on. Duct system was found to be not be made a sufficient exhaust to a failure by the headwind to the tip installed. The survey proved that the exclusion causes and circumstances of fires caused by static electricity and other causes must be proven through more than confirmation of the antistatic system and exhaust system.

정전기적 상호작용이 단백질 폴딩 반응에 끼치는 영향

김대원,박순호,Kim, Dae Won,Park, Soon-Ho 대한화학회 2014 대한화학회지 Vol.58 No.6

단백질 폴딩 반응에서 정전기적 상호작용의 역할을 라이신 29를 알라닌으로 치환한 변이 유비퀴틴을 사용하여 탐색하였다. 유비퀴틴의 입체구조에서 라이신 29의 곁사슬은 글루탐산 16과 아스파르산 21의 곁사슬과 근접한 거리에 있어서 곁사슬끼리 정전기적 상호작용을 통하여서 삼차원 입체구조를 안정화시킬 것으로 예측되었다. 라이신을 알라닌으로 치환하여 정전기적 상호작용을 제거하였을 때 유비퀴틴의 native state의 구조적 안정성이 ~20% 감소한 점은 라이신 29에 의한 정전기적 상호작용이 단백질 삼차구조의 안정성에 상당히 기여하고 있다는 점을 시사하였다. 폴딩 반응의 진행 과정을 stopped-flow 장치로 측정한 folding kinetics 실험은 이전에 관찰된 것과 마찬가지로 unfolded state에서 native state로 진행하는 과정에 중간단계를 거치는 three-state on-pathway 메커니즘을 따르는 것으로 나타났다. 더욱이 라이신 29에 의한 정전기적 상호작용이 중간단계의 구조적 안정성에 기여하는 정도가 native state의 구조적 안정성에 기여하는 정도의 ~55%인 것으로 나타났다. 이는 유비퀴틴 폴딩의 중간단계의 구조도 라이신 29에 의한 정전기적 상호작용에 의하여 상당히 안정화 된다는 것을 의미하며 따라서 정전기적 상호작용이 단백질 삼차원 입체구조의 골격이 완성된 폴딩의 마지막 단계에 형성되어 단백질 native state의 안정성에만 기여하는 것이 아니라 중간단계가 형성되는 폴딩 반응의 초기에도 형성되어 폴딩 반응을 이끌어가는데도 기여한다는 것을 의미한다. The contribution of electrostatic interactions to protein folding reaction was studied by using mutant ubiquitin with lysine to alanine mutation at residue position 29. Based on the three dimensional structure of ubiquitin, lysine 29 is located close to negatively charged glutamate 16 and aspartate 21 and considered to stabilize the native state of ubiquitin by electrostatic interactions between these residues. The equilibrium unfolding experiment showed that the native stability was decreased by about ~20% upon mutation. This observation indicates lysine 29 indeed forms electrostatic interactions with nearby residues. Folding kinetics measurements using stopped-flow device and quantitative analysis of kinetics data indicate that ubiquitin folds from unfolded state to native state via intermediate state as observed previously. This intermediate state was observed to form immediately after the initiation of folding reaction. The folding intermediate was shown to be destabilized considerably upon lysine to alanine mutation. These observations indicate that electrostatic interactions can form early stage of protein folding and hence lead the folding reaction.

저궤도 위성의 ESD 설계 및 해석도구

임성빈(Seong-Bin Lim),김태윤(Tae-Youn Kim),장재웅(Jae-Woong Jang) 한국항공우주연구원 2009 항공우주산업기술동향 Vol.7 No.1

본 논문에서는 정전기 방전의 문제에 대한 우주 플라즈마 환경과 정전기 방전에 따른 영향을 간략하게 소개하였고, 위성시스템의 정전기 방전에 대비한 설계기술 문서의 고찰, 주요 정전기 방전 해석도구, 해석을 위한 모델링 기술 및 유럽에서 개발하고 있는 SPIS 프로그램에 대하여 소개했다. 우주의 플라즈마 환경에서 위성시스템에 대한 정전기 방전의 문제는 시스템 개발초기에 신중하게 다루어져야 한다. 이는 시스템의 목적, 구성, 전원 및 궤도환경에 따라 결정되어야 하며 시스템 설계 및 운용환경에 적합하게 적용되어야 한다. 위성체의 충전현상은 플라즈마를 구성하고 있는 전자나 양자 이온에 의한 전기적 전하의 축적으로 이것은 위성체에 심각한 영향을 줄 수 있기 때문에 위성시스템 설계를 위하여 정확한 이해가 요구되며, 이러한 이유로 미국과 유럽에서는 우주충전과 관련한 포괄적인 연구를 수행하고 있다. In this paper, the electrostatic charging and discharging mechanism, and its effects in space plasma environment are reviewed and the system design control documents, ESD analysis tools and modelling techniques, and the SPIS program in Europe are introduced. A design of the satellite system against the electrostatic discharge (ESD) effects in space plasma environments is carefully taken into account at the early stage of development. In a view of the space system design, it really depended on the mission of system, electrical and mechanical configuration, system operation, and orbit condition. Behavior of the electrons and the ions in those environments may be occurred the sever problem to the satellite operation. So it is carefully understood for implementation of the satellite system. By this reason, the space environments and its effects have been comprehensively studied in U.S.A and Europe.

펄프몰드의 정전기 방지 개발에 관한 연구

박형훈,김철환,이지영,남혜경,권솔 한국공업화학회 2015 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2015 No.0

최근 대부분의 전자부품과 전자기 장비는 고집적 회로를 포함하고 있으며 고가인 전자 또는 전자기 제품은 정전기의 영향에 기능을 하지 못하게 되거나 그 기능을 상실 할 가능성이 매우 높기 때문에 이들 제품의 포장에 사용되는 포장재는 정전기 방지 처리가 반드시 되어 있어야만 제품의 손상을 예방할 수 있다. 따라서 정전기에 의한 문제점을 보완하기 위하여 정전기 방지 효과를 높이고 친환경 특성을 갖는 정전기 방지용 펄프몰드 포장재를 개발하고 실용화하고자 하였다.

밀폐공간에서의 추진제 정전기 민감도에 대한 연구

최지용(Jiyong Choi),이선재(Seonjae Lee),김지홍(Jihong Kim),김진용(Jinyong Kim),박의용(Euiyong Park) 한국추진공학회 2019 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.11

고체 로켓 추진기관을 생산, 취급하는 과정에서 추진제를 발화 시킬 수 있는 주요 원인은 작업자의 실수, 잘못된 작업방법, 기계적 결함, 충격, 마찰, 정전기, 누전 등이 있다. 과거 수십 년 동안 추진기관의 생산 취급과정에서 많은 사고가 발생되었으며, 사고조사 결과 특정 조건에서 정전기 민감도가 매우 높아진다는 사실이 확인되었다. 본 논문에서는 해외 사고사례를 분석하고 표준시험방식이 아닌 실제 공정을 고려한 밀폐 및 압력 하중이 가해지는 상황을 모사하여 정전기 민감도를 측정하였다. 시험결과 추진제의 밀폐 및 압력 하중이 가해지는 상황에서 민감도가 높아지는 것을 확인하였고, 압력보다는 밀폐상황에서 추진제가 정전기에 더 민감하게 반응한다는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 추진제 민감도 시험에 대한 시험 방식이 재설계되어야 한다고 판단되어 정전기, 압력, 마찰, 밀폐 조건을 동시에 모사할 수 있는 시험 장비 제작을 추진하게 되었다.

전하 센서를 이용한 정전기 실험

이정숙,채민,김중복 한국현장과학교육학회 2008 현장과학교육 Vol.2 No.2

We have developed experimental process to let Korean students or teachers know an relation between electrostatics and current, which are considered independent concepts. We have used a commercial charge sensor to help them to have mental model for thinking real movement of charges by measuring charges induced or charged into various shaped capacitors. We have been able to measure capacitances of capacitors consisted of two parallel plates, which are dependent on plate area and separation. Also, by suggesting improved direction to problems of the paper reported recently, we could help them to have scientific concepts on movement of charges. 우리나라 교육과정 중 정전기에서 전류로 발전시키는 과정에서 교사와 학생들은 정전기와 전류를 별개의 개념으로 생각하는 문제점을 개선하기 위하여, 전하 센서를 이용하여 전하량을 측정하는 과정을 학습하도록 함으로써 둘 사이의 관계를 이해할 수 있도록 돕는 실험 과정을 개발하였다. 전하센서는 유도에 의한 전하 탐지와 외부 전원 장치에 의한 전하의 충전을 전하량 측정 장치로 측정하여 보여줌으로써 실제 전하의 이동을 알 수 있도록 하였다. 평행판 축전기를 만들어 정전기 유도와 충전에 의한 전하의 이동을 측정하여 볼 수 있도록 하였으며 여러 가지 형태의 축전기에서 정량 및 정성적 정전기 실험을 통해 전기용량을 측정할 수 있었다. 또한, 최근에 발표된 논문에서의 문제점과 개선 방향을 제시함으로써 전하의 이동에 대해 보다 정확한 개념을 갖도록 하였다.

정전기식 입력 장치에서의 빠른 파일 관리를 위한 다중 손가락 튕김 인터페이스 설계

박세현(Sehyun Park),박태진(Tae-Jin Park),최윤철(Yoon-Chul Choy) 한국멀티미디어학회 2010 멀티미디어학회논문지 Vol.13 No.8

최근 아이폰을 필두로 급부상하는 스마트폰의 정전기식 입력 장치에서는 펜 입력장치나 감압식 입력 장치를 위해 만들어진 제스처기반 인터페이스가 적합하지 않다. 손가락 튕김 인터페이스는 기존의 제스처기반 인터페이스에서 사용했던 플릭 제스처와 달리 명령을 적용시킬 대상과 명령을 동시에 선택함으로 작업 단계를 절반으로 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 멀티터치 인터페이스와 병합하여 사용함으로 다양한 메뉴 지원이 가능하여 복잡한 제스처를 학습할 필요가 없고, 정전기식 입력 장치 장치에 사용하기 적합하여 입력 오류를 최소화 시킨다. 본 연구에서는 정전기식 입력 장치를 가지는 스마트 폰 장치에서의 파일 관리를 빠르게 해주는 다중 손가락 튕김 인터페이스를 설계하고 구현한다. 실험에서는 사용자 평가를 통해 제안하는 인터페이스가 정전기식 업력 장치에서 기존 방식보다 유용함을 증명한다. Most emerging smart phones support capacitive touch sensors. It renders existing gesture-based interfaces not suitable since they were developed for the resistive touch sensors and pen-based input. Unlike the flick gestures from the existing gesture interfaces, the finger flick gesture used in this paper reduces the workload about half by selecting the target and the command to perform on the target at a single touch input. With the combination with multi-touch interface, it supports various menu commands without having to learn complex gestures, and is suitable for the touch-based devices hence it minimizes input error. This research designs and implements the multi-touch and flick interface to provide an effective file management system on the smart phones with capacitive touch input. The evaluation proves that the suggested interface is superior to the existing methods on the capacitive touch input devices.