■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	브레드보드-빛합성기			실험 원리	빛의 삼원색을 합성, 브레드보드
실험 시간	40분	실험 분야	물리	실험 방법	개별 실험
세트구성물	브레드보드, 빛 합성기 도안, 스위치, 브레드보드용 전선, 저항 2종(47Ω,100Ω), LED(4핀 RGB), 동전전지, 전지홀더
교사준비물				학생준비물	유성펜
실험 결과	브레드보드-빛합성기 1개를 가지고 갑니다.
실험팁	TIP 1. 브레드보드에 부품을 꽂을 때 그 자리가 맞는지 잘 확인하고 꽂습니다. TIP 2. 전지홀더의 다리는 매우 뾰족합니다. 다치지 않도록 주의합니다. TIP 3. 고휘도 LED이므로 LED의 발광부위를 직접 관찰하면 눈에 자극을 줄 수 있으니 주의지도바랍니다. TIP 4. LED는 제품마다 세 가지 색의 광도 차이가 약간 있을 수 있어 조금씩 다른 결과를 얻는 경우도 있습니다.

빛의 합성

두 가지 이상의 단색광이 합쳐져서 다른 색으로 보이는 현상. 빛의 분산과 반대되는 과정이다.

미술 시간에 물감을 섞을 때, 여러 가지 색의 물감이 섞이면 다른 색이 나오듯이 빛을 합성하면 다른 색의 빛이 된다. 그러나 물감의 경우와 차이점이 있는데, 물감의 경우에는 여러 색을 섞을수록 검은색에 가까워지는 반면에 빛의 경우에는 섞을수록 흰색에 가까워진다.

빛의 합성 방법

여러 가지 색으로 구성된 팽이를 회전시키거나 흰 종이 위에 여러 가지 단색광(시각적으로 일정한 단일 색감을 일으키는 빛)의 빛을 겹쳐서 비추면 합성된 결과를 확인할 수 있다. 또한 흰 종이 위에 검은 색 점을 촘촘히 찍고 멀리서 그것을 보면 마치 회색처럼 보이는 것도 같은 이치이다.

빛의 삼원색의 합성

빛의 삼원색인 빨강, 초록, 파란색의 빛을 각각 합성하면 다음과 같은 결과를 얻는다. 빨강+초록=노랑, 초록+파랑=청록, 빨강+파랑=자홍, 빨강+파랑+초록=흰색

이러한 빛의 합성의 원리는 연극에서 조명으로도 활용하는데, 배우를 돋보이게 하는 흰색의 조명을 만들기 위해서는 빨강, 파랑, 초록색의 빛을 합성한다. 또한 빛의 합성은 일반적으로 TV, 컴퓨터의 모니터, 디지털 카메라 등 픽셀 단위로 구성된 화면 대부분에 이용된다.

감산혼합과 가산혼합

감산혼합 加算混合, additive color mixture

혼합색이 원래의 색보다 명도(明度)가 낮아지도록 색을 혼합하는 방법.

가산혼합(加算混合)의 반대말로 감법혼색(減法混色)·감색혼합(減色混合)이라고도 한다. 예를 들면, 마젠타(자홍색)와 노랑의 2개의 색필터를 겹치면 원래의 마젠타나 노랑보다 어두운 빨강이 된다. 이것은 양쪽색 필터를 모두 통과하는 파장부분만 투과하고, 양쪽을 모두 통과하지 않는 파장부분은 불투명해지기 때문이다.

감산혼합에서는 마젠타·노랑·시안(하늘색)을 여러 강도로 섞으면 어떤 색이라도 만들 수 있다. 따라서 이 3색을 감산혼합의 3원색이라고 한다. 이 원리는 컬러사진이나 수채화 등에 이용된다. 이 혼합에서의 보색(補色)은 회색 또는 흑색이 된다.

가산혼합 加算混合, additive color mixture

빛을 가하여 색을 혼합할 때, 혼합한 색이 원래의 색보다 밝아지는(명도가 높아지는) 혼합.

가법혼색(加法混色) 또는 가색혼합(加色混合)이라고도 하며, 감산혼합(減算混合)에 대응되는 말이다. 가령, 적색광과 녹색광을 스크린에 투영하여 혼합하면, 본래의 두 빛보다 밝은 황색광이 된다. 또, 녹색광과 청자색광을 섞으면 그것들보다 밝은 시안색(하늘색) 빛이 되고, 청자색광과 적색광을 섞으면, 그것들보다 더 밝은 마젠타색(자홍색) 빛이 된다. 이것은 눈에 들어오는 빛의 양이 혼합에 의해 증가하기 때문이다.

가산혼합에서는 적·녹·청의 3색을 여러 강도로 섞으면 어떤 색이라도 얻을 수 있다. 따라서 이 3색을 가산혼합의 3원색이라 한다. 이 원리는 컬러 텔레비전을 비롯하여 조명 등에 이용되고 있다. 그리고 가산혼합에서의 보색(補色)이란 2색을 섞었을 때 백색이 되는 경우를 말한다.

영국의 물리학자인 T.영이 제창하였고 헬름홀츠에 의해서 입증된 3원색광원은 청색(blue:B) ·녹색(green:G) ·적색(red:R)이며, 이 3색광을 혼합하는 방법과 혼합하는 양에 따라 여러 색광을 재현시킬 수 있다. 빛의 3원색 B, G, R 색광을 혼합하는 것을 가산혼합(加算混合)이라 하며, 두 색광을 같은 양으로 혼합하면 나머지 색광의 보색(補色)이 되고, 3원색광을 전부 혼합하면 백색광(白色光)이 된다. R+G → Y(yellow) G+B → C(cyan) B+R → M(magenta) B+G+R → W(white) 맥스웰에 의해 가색법에 의한 가능성이 최초로 시사된 이후 상당한 세월이 흘렀으나 촬영에서 컬러사진이 될 때까지의 방법이 너무 복잡하고 거추장스럽기 때문에, 오늘날 가색법에 의한 컬러사진은 거의 사용하지 않게 되었다.

그러나 물감의 3원색인 시안 ·마젠타 ·옐로를 적당량씩 섞으면 여러 색을 얻을 수 있다. 이 때 물감을 서로 가해서 섞어감으로써 색감은 점점 짙어지게 되는데, 색감이 짙어지는 것은 백색광에서 빛이 감소되기 때문이며, 이것을 감산혼합(減算混合)이라고 한다.

C+M → B Y+M → R Y+C → G Y+M+C → 흑색 또는 회색 감산혼합에 의한 컬러사진은 역사적으로 여러 방법이 있었으나, 1907년 호몰카가 발명한 발색현상법과, 1905년 신첼이 고안한 3층유제도포(三層乳劑塗布)인 다층발색식(多層發色式)을 이용한 3색분해노광식(三色分解露光式) 감산혼합에 의한 컬러사진이 오늘날 지배적인 지위를 차지하게 되었다.

보색 [補色, complementary color]

두 가지 색깔을 겹쳐서 흰색을 만들 때, 그 두 가지 색깔을 보색 또는 보색 관계라고 한다.

빛의 삼원색이 빨강, 파랑, 초록이므로 빨강과 초록이 겹쳐서 나타난 노랑은 파랑만 겹치면 흰색이 되므로, 노랑과 파랑은 보색 관계가 되는 것이다. 빨강과 파랑이 겹쳐서 나타난 자홍은 초록과 보색 관계이며, 파랑과 초록이 겹쳐서 나타난 청록은 빨강과 보색 관계이다.

또한 백색광에서 어떤 색깔을 뺀다면 남는 색깔이 뺀 색깔의 보색이 된다. 예를 들면 빨강만 흡수하는 색소에 백색광을 비출 때 그 빛은 반사되어 청록색이 되는 것이다.

색상환에서 반대편에 위치한 색을 보색이라 한다.

브레드보드(breadboard), 속칭 빵판 또는 빵틀은 전자 회로의 (일반적으로 임시적인) 시제품을 만드는 데 사용하고 재사용할 수 있는 무땜납 장치이다. 이것은 스트립기판(베로보드)과 현저하게 다르며 영구적이거나 1회용 시제품을 만들때 사용하고, 쉽게 재사용할 수 없는, 초기 인쇄회로기판과 비슷하다. 일반적인 브레드보드는 버스 스트립으로 알려진, 내부연결 전기단자의 스트립이 있고, 주장치의 일부나 격리된 블록처럼 한쪽이나 양쪽은 전원선을 확장하도록 끼워져 있다.

현대의 무땜납 브레드보드는 천공아래에 많은 납이 도금된 인청동 스프핑 클립이 있는 플라스틱 천공 블록으로 구성된다. 두개의 일련 패키지(dual in-line package, 약자 DIP)인 집적회로는 블록의 중앙선을 벌려서 삽입할 수 있다. 내부 연결 전선과 (축전기, 저항기, 코일, 등과 같은) 각각 부품 핀은 회로 위상을 완성하기 위해서 여전히 남는 구멍에 삽입할 수 있다. 이렇게, 다양한 전자 시스템은 소형 회로에서 완벽한 중앙 처리 장치(CPU)까지, 시제품화 될 것이다. 그러나, (접점당 2 ~ 25 pF으로 발생되는) 큰 공전 전기 용량 때문에, 무땜납 빵판은 상대적으로 낮은 주파수로 동작이 제한된다. 일반적으로 회로의 특성에 따라서 10 MHz보다 느리게 동작한다.