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.

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.-

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.

전류의 자기작용 관련 실험수업의 효율화를 위한 새로운 전자석의 개발과 특성 조사

현동걸,김석주,신애경,박상우 한국물리학회 2015 새물리 Vol.65 No.11

Since the 3rd science curriculum for the inquiry based curriculum of Korea, the problems of students having difficulty and spending much time in making the electromagnet have caused some trouble in class operation. Also, the results of the experiments about the magnetic force of the electromagnet do not always turn out as predicted theoretically in the science classes related to the magnetic effect of a current. For the operation of science classes related to the magnetic effect of a current, a new electromagnet has been developed, and its characteristics were investigated in this research. The new electromagnet consists of a threaded rod as the core, vinyl insulated electric wires as loop electric wires, and bakers wire as the binding twine so that it is easy to make within a short period of time. Also, the electromagnetic characteristics of the new electromagnet can help in understanding the concepts and the laws of science about the magnetic force of an electromagnet. 탐구 중심의 제3차 과학과 교육과정이 실행 된 이래, 우리나라 전류의 자기작용 관련 초등학교의 실험수업에서 학생들이 전자석을 만들기가 어렵고 많은 시간이 소요되어 실험 수업의 운영에 지장을 초래해왔다. 또한 그 실험 결과가 이론적으로 예상한 바와 다르다는 문제들이 발생한다는 연구 결과들이 계속적으로 보고되어 왔다. 전류의 자기작용 관련 초등학교의 실험수업의 효율적인 운영을 위하여, 이 연구에서 이러한 문제들을 해결할 수 있는 새로운 전자석을 개발하고 그 전자기적 특성을 조사하였다. 이 연구에서 개발된 새로운 전자석은 그 심으로 전산볼트, 고리전선으로 비닐 피복전선, 그리고 결속끈으로는 빵끈으로 구성되어 짧은 시간동안 전자석을 쉽게 만들 수가 있다. 그리고 새로운 전자석의 전자기적 특성들은 전자석의 자기력에 대한 과학적 개념과 법칙을 이해하는데 도움이 될 것이다.

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.

과학문화재로서 한라산 신비의 도로에 대한 연구

현동걸,신애경,김두철 한국물리학회 2014 새물리 Vol.64 No.12

The Mysterious Road of Mt. Halla on Jeju island, which is a scientific cultural asset, and the marvelous phenomenon occurring on the road were analyzed and are discussed scientifically and topographically for utilization in popularizing science and in science education. The marvelous phenomenon is that an automobile in neutral rolls up the inclined Mysterious Road automatically without an external force acting upon it. The results from our analyses and discussions in this study led to the conclusion that the phenomenon is physically impossible and is due to an optical illusion, which is caused by the particular topographical conditions of the incline angles and the directions of the ridges of the hills around the road. A simple simulation using these conditions showed that the main causes of the optical illusion were the particular incline angle and the direction of the ridges of the hills around the Mysterious Road. 과학의 대중화와 과학교육에 활용을 위하여 과학문화재인 제주도 한라산 신비의 도로와 이 도로에서 일어나는 기이한 현상에 대하여 과학적 그리고 지형학적인 분석과 논의가 이루어졌다. 여기에서 기이한 현상이란 변속장치가 중립상태의 자동차가 오르막 도로를 외부로부터 어떠한 힘의 작용이 없이도 저절로 굴려 올라간다는 것이다. 이 연구의 분석과 결과는 이러한 현상은 물리학적으로 불가능하다는 것이며, 이것은 일종의 착시현상으로 도로 주변에 있는 구릉마루의 경사각과 방향의 특이한 지형적인 조건들에 기인한다는 것이다. 그리고 이 연구의 분석과 논의를 근거로 한 모의조작을 통하여 신비의 도로에서 일어나는 착시현상의 주된 원인이 도로 주변의 구릉마루의 특이한 경사각과 방향에 기인함을 보였다.

다중지능 이론에 근거한 창의력 신장을 위한 과학공작 학습 프로그램 개발을 위한 연구

현동걸 제주교육대학교 초등교육연구소 1999 초등교육연구 Vol.4 No.-

전지의 연결방법에 따른 전지의 내부저항과 부하저항의 상대적 크기와 전류의 관계에 대한 이론적 접근

현동걸 한국물리학회 2010 새물리 Vol.60 No.10

The theoretical approach used in this study led to the conclusion that the relation of the relative magnitude of a load resistance to the internal resistance of a battery can determine the characteristics of the currents in electric circuits with a series and a parallel combination of batteries. Particularly, the currents for a parallel combination of batteries are found to be much larger than those for a series combination in the resistance region where the load resistance is less than the internal resistance of the battery. In the same region of resistance, the currents in a series combination do not increase in spite of adding batteries. Of partcular note is the fact that this region has been ignored so far. 전지의 직렬연결과 병렬연결 전기회로에서 전지의 내부저항과 부하저항의상대적인 크기에 의하여 이들의 전류 특성이 결정됨을 이론적인 접근을통하여 보였다. 특히 부하저항의 크기가 전지의 내부저항보다 작은영역에서 전지의 병렬연결에 의하여 전지의 직렬연결로서는 얻을 수 없는큰 전류를 얻을 수 있다는 것과 직렬로 연결하는 전지의 수가 증가함에도전류가 커지지 않는 현상에 대한 원인을 밝혔다. 그런데 부하저항의크기가 전지의 내부저항보다 작은 영역은 지금까지 간과해 왔던영역이다.