고등학생을 위한 프랙털 현상 실험 : 금-알루미늄 합금의 프랙털 형성 = Guided Inquiry of Fractal Phenomenon for High School Students: Au-Al Fractal Surface Alloy Growth

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Fractal is an interesting and important phenomenon which is widely found in nature. Contrary to its importance, fractal is introduced in secondary science textbooks by simple pictures of tree branches or snow crystal without proper explanation. Here we show by annealing a binary film of Al-Au at temperatures at about 200℃ a fractal shape growth can be easily observed under a microscope in real time. The paper describes a simple introduction on fractal phenomenon aggregation for high school students and how to make a simple heater for the Au-Al fractal observation.

국문 초록 (Abstract)

자연계에 존재하는 많은 물체들은 프랙털 특징을 가지고 있다. 비가역적 변화가 일어날 때 많은 물체들이 프랙털 형상으로 응집하거나 성장하지만, 프랙털 개념은 널리 알려져 있지 않다. 한편 중고등학교 과학 서적에는 프랙털이 무엇인지에 대한 설명은 없이 나뭇가지나 눈꽃송이 등의 간단한 사진으로만 소개되고 있다. 이 논문에서는 간단한 장치를 이용하여 금 박막과 알루미늄 박막이 녹아서 합금을 만들 때 표면에서 일어나는 프랙털 응집 현상을 학생들에게 직접 보여줄 수 있는 방법을 제안한다. 알루미늄 포일 위에 금을 얇은 박막으로 증착하여 200℃ 정도의 낮은 온도로 가열하면 표면에서 금-알루미늄 합금이 프랙털 형태로 서서히 성장하는 것을 광학 현미경으로 쉽게 관찰할 수 있다. 현미경에 카메라를 장착하여 프랙털 성장과정을 영상자료로 기록할 수도 있고 저장한 사진을 이용하여 컴퓨터 프로그램을 통해 프랙털 차원을 계산할 수도 있다. 이와 같은 방법으로 제작된 시각 자료는 프랙털 성장에 관한 흥미로운 사례로서 수업 시간에 활용될 수 있을 것이다.

참고문헌 (Reference)

1 Paul Meakin, 36 : 5498-, 1987

2 Witten TA, 47 : 1400-, 1981

3 Mandelbrot BB, "The Fractal Geometry of Nature" W.H. Freeman and Company 1982

4 Bruce Chalmers, "Physical Metallurgy" Wiley &Sons 71-95, 1959

5 Schroeder M, "Fractals, Chaos, Power Laws: Minutes from an Infinite Paradise" W. H. Freeman 41-45, 1991