■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	떨리는 우주전쟁			실험 원리	전기회로, 진동의 원리
실험 시간	30분	실험 분야	물리,생활과학	실험 방법	개별실험
실험키트 구성	종이 도안, 미니 모터, 동전 전지, 양면 테이프, 원형 펠트스티커, 네오디뮴 자석
교사준비물				학생준비물	유성펜
실험 결과	떨리는 우주전쟁 전투기 4개가 완성됩니다.
실험팁	TIP 1. 모터의 두 다리가 동전 전지의 양 면에 하나씩 연결되면 작동하는 회로입니다. 사용하지 않을 때에는 자석이 달린 다리를 반대로 붙여 작동을 멈춘 후 보관합니다. TIP 2. 보고서에서 펠트스티커를 모터의 빨간 전선에 연결하는 과정이 있습니다. 실제로 전선의 색은 진동 방향에만 영향을 주므로, 이 실험에서는 전선의 색깔은 어떤 것으로 연결하여도 상관없습니다. TIP 3. 작동이 되지 않을 때 동전 전지를 꾹 누르면, 전지의 앞 뒷면에 붙은 전선과의 연결을 도와줄 수 있습니다.

진동모터

회전의 중심축 위에 질량이 큰 추를 한쪽에 치우치게 달아 결합하여 회전하는 모터로 큰 진동을 일으킵니다.

회전축이 언밸런스한 상태로 회전을 하므로 진동이 유발되고 이때의 진동을 이용하여 휴대폰이나 이동통신기기에서 무음의 콜 수단으로 사용하는 것입니다.

진동모터는 크게 막대형과, 코인형태로 구분되며, 근래에는 코인타입이 널리 사용되고 있습니다.

전기회로[ electrical network , 電氣回路 ]

전기회로는 전류의 순환회로를 의미하며, 단순히 회로라고도 한다. 전기회로 내 전류의 흐름을 수학적으로 표현하는 두 가지 기본법칙은 옴의 법칙과 키르히호프의 법칙이다.

- 전기회로의 구성

회로는 저항, 콘덴서, 트랜지스터, 진공관 등의 회로소자로 구성되어 있으며, 각 소자는 도선으로 연결된다. 소자는 수동소자와 능동소자로 나눌 수 있다. 수동소자는 에너지를 만들거나 증대시키지 않는 소자로 저항, 콘덴서, 코일 등이 있다. 반면 능동소자는 에너지를 발생, 증대 또는 변환시키는 소자로 트랜지스터, 진공관 등이 있다.

- 전기회로의 종류

전원에 따라 직류회로와 교류회로로 나눌 수 있다. 직류회로에서는 전류가 한 방향으로만 흐르고, 교류회로에서는 1초에 수십 번씩 전류의 방향이 바뀐다. 또 회로의 접속방법에 따라 직렬회로와 병렬회로로 나눌 수 있다. 직렬회로는 회로가 나누어지지 않고, 각 소자마다 전체 전류가 흐르는 하나의 경로로 구성된다. 병렬회로는 회로가 나누어져 있고, 각각의 나누어진 회로에는 전체 전류의 일부분이 흐른다.

전동기 [ Electric motor ]

전기 에너지를 역학적 에너지인 회전 에너지로 변환해주어 역학적인 일을 할 수 있도록 하는 전기기계장치를 전동기(모터)라고 부른다.

전류가 흐르는 도체의 주변에는 자기장이 유도되기 때문에 외부 자기장이 가해지면 유도자기장과 외부자기장의 상호작용으로 인해 힘이 발생한다. 이러한 관계를 이용해 전기 에너지를 회전운동으로 변환해주는 장치가 전동기이다. 공급되는 전원의 종류에 따라 직류 전동기와 교류 전동기로 분류할 수 있다.

[네이버 지식백과] 전동기 [Electric motor] (물리학백과)

1. 직류 전동기의 동작 구조와 동작 원리

직류 전동기의 구조와 동작 원리는 그림 2와 같다. 그림과 같이 직류 전원이 공급되면 브러쉬와 정류자(commutator)를 통과해 도선 고리에 그림과 같이 시계방향의 전류가 흐르게 된다. 이 때 도선이 받는 힘의 방향은 플레밍의 왼손법칙을 따르기 때문에 S극쪽의 도선은 위쪽 방향의 힘을 받고, N극쪽의 도선은 아래쪽 방향의 힘을 받아서 회전을 하게 되는 원리이다. 정류자의 구조를 보면 가운데가 끊어져 있는데 정류자는 도선 고리가 180도 회전 할 때마다 전류의 방향이 바뀌지 않고 계속 시계방향으로 흐르도록 유지시켜주는 역할을 한다.

2. 실제 전동기의 구조

그림의 구조는 전동기의 동작원리를 이해하기에는 적합하지만 그 효율은 매우 낮다. 도선이 회전하는 동안 도선에 작용하는 힘의 크기가 점점 줄어들기 때문이다. 그림 2와 같이 도선 고리가 자기장 방향과 수평방향일 때에 토크의 크기가 최대이고 수직방향이 되면 토크의 크기가 0이 된다. 따라서 투입되는 전력 대비 회전에너지 출력 효율이 매우 낮고, 이를 보완하기 위해 실제 전동기의 회전부는 그림 3과 같이 원형 철심에 코일을 감아서 만든다. 이런 구조로 회전부를 제작하면 철심이 자속을 밀집시켜서 회전운동을 만드는데 관여하는 자속의 밀도를 높일 수 있고, 토크를 생성하는 도선의 개수도 증가하기 때문에 효율을 높일 수 있다.

[네이버 지식백과] 전동기 [Electric motor] (물리학백과)

전지 [cell , 電池]

화학반응을 이용한 전지를 화학전지, 물리반응을 이용한 전지를 물리전지라 하며, 일반적으로 화학전지가 더 보편적이다. 화학전지는 1차전지와 2차전지로 나눌 수 있다. 1차전지는 작용물질을 전극 가까이에 미리 넣어 두고, 이 물질의 화학변화에 의해 생기는 전기에너지를 이용한다. 작용물질의 화학변화가 끝나면 수명이 다하여 재생할 수 없다. 건전지로 널리 사용된다. 2차전지는 전기에너지를 방출하여 작용물질이 변화한 후에도 다시 전지에 전기에너지를 공급, 즉 충전하면 작용물질이 재생되어 이를 되풀이할 수 있다. 축전지로 많이 사용된다. 물리전지에는 태양전지, 열전지 등이 있으며, 태양전지는 태양빛을 직접 전기에너지로 바꾸는 반도체 접합으로 이루어져 있다.

전선[electric wire , 電線 ]

전력 또는 전기신호를 보내기 위해 사용되는 선류을 통틀어 이르는 말이다. 나선(裸線)과 절연전선의 두 종류가 있다. 나선은 일반적으로 구리로 만들며, 단선과 연선으로 다시 나눈다. 절연전선은 나선의 겉을 고무나 에나멜과 같은 절연물질로 둘러싼 것이다.