전기 반죽

필수 자료

• 전도성 반죽(아래 레시피 참조)
• 비전도성/절연성 반죽(아래 레시피 참조)
• AA 배터리
• 단자가 있는 배터리 팩
• LED(10mm 크기 권장)
• 악어 클립이 있는 와이어

선택 재료(가능성 표)

• 미니 DC 전기 취미 모터
• 팬, 부저 및 기타 구성 요소

전도성 반죽 레시피

성분:

• 1 컵 물
• 밀가루 1 1⁄2컵
• 소금 1⁄4컵
• 3 큰술 치석 크림
• 1 큰술 식물성 기름
• 식용 색소

1. 중간 크기의 냄비에 밀가루 1컵, 소금, 타르타르 크림, 식물성 기름, 식용 색소를 넣고 물을 섞는다.
2. 계속 저어주면서 중간 불로 혼합물을 요리하십시오.
3. 혼합물이 냄비 중앙에 공을 형성할 때까지 계속 저어줍니다.
4. 가볍게 가루를 뿌린 표면에 공을 놓습니다. 반죽이 매우 뜨거울 것입니다. 취급하기 전에 몇 분 동안 식히십시오.
5. 원하는 농도가 될 때까지 나머지 밀가루 1/2컵을 볼에 반죽합니다.
6. 밀폐 용기에 반죽을 보관하십시오.

비전도성/절연성 반죽 레시피

성분:

• 밀가루 1 1⁄2컵
• 설탕 1⁄2 컵
• 3 큰술 식물성 기름
• 물 1/2컵(탈이온 또는 증류수가 가장 좋지만 수돗물을 사용할 수 있음)

1. 볼에 밀가루 1컵, 설탕, 오일을 섞는다.
2. 소량의 물을 저어주세요. 물을 계속 추가하고 대부분의 물이 흡수될 때까지 저어줍니다.
3. 혼합물이 작고 분리된 덩어리의 농도가 되면 한 덩어리가 될 때까지 손으로 혼합물을 반죽합니다.
4. 반죽에 물을 넣고 끈적끈적한 반죽 같은 질감이 될 때까지 계속 반죽합니다.
5. 남은 밀가루를 약간 넣고 원하는 질감이 될 때까지 반죽에 반죽합니다.
6. 밀폐 용기에 반죽을 보관하십시오.

소스

• 빌드 키트의 아이템 사용

방법

1. 전도성 반죽의 공으로 시작하십시오. 반죽의 반대쪽에 배터리 팩 와이어를 삽입하십시오. 반죽에 LED를 넣습니다. 무슨 일이 일어나는지 지켜보십시오.
2. 다음으로 전도성 반죽을 두 조각으로 분리합니다. 배터리 팩 와이어 하나를 반죽 한 조각에 넣고 다른 하나를 다른 반죽 조각에 넣습니다. 이제 반죽의 한 조각에 리드가있는 LED를 삽입하고 두 번째 반죽에 리드를 삽입하십시오. 무슨 일이 일어나는지 지켜보십시오.
3. 그런 다음 LED를 제거하고 리드를 반대 방향으로 돌리십시오. 무슨 일이 일어나는지 지켜보십시오. 왜 이런 일이 발생했다고 생각하는지 문서화하십시오.
4. LED가 켜진 상태에서 두 개의 반죽을 함께 만지십시오. 무슨 일이 일어나는지 지켜보십시오. 왜 이런 일이 발생했다고 생각하는지 문서화하십시오.
5. 두 개의 전도성 반죽 조각 사이에 절연 반죽 조각을 넣고 서로 닿도록 붙입니다. LED가 절연 반죽에 걸치고 전도성 반죽의 두 부분에 삽입됩니다. LED가 켜져 있습니까?
6. 전도성 및 절연 반죽을 사용하여 두 개 이상의 LED가 있는 직렬 회로를 만듭니다. 조명에 대해 무엇을 알 수 있습니까? 왜 이런 일이 발생했다고 생각하는지 문서화하십시오.
7. 전도성 및 절연 반죽을 사용하여 XNUMX개의 LED가 있는 병렬 회로를 만듭니다. 조명에 대해 무엇을 알 수 있습니까? 직렬 회로의 표시등과 어떻게 다릅니까? 왜 이런 일이 발생했다고 생각하는지 문서화하십시오.

TED 강연: 앤마리 토마스

출처: TED 유튜브 채널

AnnMarie Thomas의 Squishy 회로 조각

출처: 세인트 토마스 대학교 유튜브 채널

디자인 도전

당신은 반죽에서 전기 전도성 창조물을 설계하고 제작하는 엔지니어입니다.

기준

• 두 종류의 반죽(도전성 및 비전도성)을 사용해야 합니다.
  LED에 전원을 공급합니다.

제약

주어진 시간 안에 조각품을 완성하세요.

1. 2명의 팀으로 수업을 나눕니다.
2. 전기 반죽 워크시트와 전도성 및 비전도성 반죽에 대한 조리법을 나누어 주십시오.
3. 배경 개념 섹션의 주제에 대해 토론합니다.
4. 엔지니어링 설계 프로세스, 설계 과제, 기준, 제약 조건 및 재료를 검토합니다. 시간이 허락한다면 디자인 챌린지를 수행하기 전에 "실제 응용 프로그램"을 검토하십시오.
5. 학생들에게 브레인스토밍과 디자인 스케치를 시작하도록 지시하기 전에 다음 사항을 고려하도록 요청하십시오.
   ● 직렬 및 병렬 회로 작동 방식
   ● 도전재와 절연재의 차이점
   ● 단락이란 무엇입니까?
   ● 극성이란 무엇입니까?
6. 각 팀에 자료를 제공합니다.
7. 학생들은 전도성 및 비전도성(절연성) 반죽을 만들어야 한다고 설명합니다. 그들은 LED 조명을 사용하여 다른 회로를 만들어 반죽을 테스트합니다.
8. 설계 및 구축에 소요되는 시간을 알립니다(1시간 권장).
9. 타이머나 온라인 스톱워치(카운트다운 기능)를 사용하여 시간을 잘 지키십시오. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). 학생들에게 정기적인 "시간 확인"을 하여 과제를 계속 수행하도록 합니다. 그들이 어려움을 겪고 있다면 더 빨리 해결책을 찾을 수 있는 질문을 하십시오.
10. 팀이 반죽을 만듭니다.
11. 테스트 재료 및 공정 섹션의 테스트 단계를 사용하여 반죽을 테스트합니다.
12. 팀은 각 테스트 단계의 결과를 문서화해야 합니다.
13. 학급에서 학생 성찰 질문에 대해 토론합니다.

변화

LED 조명, 모터, 부저, 팬 또는 기타 재료를 사용하여 창의력을 발휘하십시오!

회로

전기가 흐르는 고리를 회로라고 합니다. 회로는 배터리와 같은 전원에서 시작하여 전선과 전기 부품(예: 조명, 모터 등)을 통해 흐릅니다. 회로에는 직렬 회로와 병렬 회로의 두 가지 종류가 있습니다.

직렬 회로

직렬 회로는 전기가 흐를 수 있는 하나의 경로만 허용합니다. LED가 있는 직렬 회로에서 전원에서 더 멀리 떨어진 LED는 더 적은 전력으로 전원을 공급할 수 있기 때문에 더 어둡게 보입니다. 직렬 회로에서 LED가 타거나 제거되면 나머지 조명에 대한 하나의 경로가 끊어지기 때문에 그 뒤에 오는 모든 조명도 꺼집니다.

병렬 회로

병렬 회로는 전기가 흐를 수 있는 여러 경로를 허용합니다. LED가 있는 병렬 회로에서 각 LED는 자체 경로를 따라 전기가 직접 흐릅니다. 각 LED는 상관없이 밝게 빛날 수 있습니다.
전기가 각 LED에 직접 도달하기 때문입니다. 또한 병렬 회로에서 하나의 빛이 타거나 제거되면 다른 빛은 계속 빛납니다.

전도성 및 절연 재료

전도성 물질: 전기가 통과할 수 있습니다. 전기를 전도하는 물질을 생각할 수 있습니까?

절연 재료: 전기가 흐르지 않도록 합니다. 단열재가 생각나나요? 절연은 저항으로 측정됩니다. 절연 물질이 많을수록 저항이 커집니다. 작업할 절연 반죽은 저항성이 있어 전기가 거의 흐를 수 없습니다. 절연체는 전기를 차단하는 벽 역할을 합니다.

단락

서로 접촉해서는 안 되는 전선이 접촉하면 단락이 발생합니다. 이것이 LED를 전도성 반죽의 한 조각이나 반죽에 넣었을 때 켜지지 않는 이유입니다.
두 조각의 전도성 반죽이 서로 닿습니다.

극성

회로에 흐르는 전류의 방향을 극성이라고 합니다. 이 활동에서 배터리 팩의 빨간색 선은 양극이고 검은색 선은 음극입니다. 일부 전자 부품도 양극과 음극이 있어 올바른 방향으로 부착해야 작동합니다.

이 활동의 ​​LED에는 각각 두 개의 리드(하나는 짧고 다른 하나는 긴)가 있습니다. 긴 리드는 양극으로 가고 짧은 리드는 음극으로 갑니다.

학생 성찰(엔지니어링 노트)

1. 전기는 항상 저항이 가장 적은 경로를 따릅니다. 1단계에서 전도성 반죽 한 조각에 LED를 넣었을 때 LED가 켜지지 않는 이유는 무엇이라고 생각합니까? 4단계에서 두 개의 전도성 반죽이 서로 닿았을 때 LED가 꺼진 이유는 무엇이라고 생각합니까?
2. 전도성 반죽은 물, 밀가루, 소금, 타르타르 크림 및 식물성 기름으로 만들어집니다. 절연 반죽은 물, 밀가루, 설탕 및 식물성 기름으로 만들어집니다. 한 반죽은 전기를 전도하고 다른 반죽은 전도하지 않는 것은 무엇이라고 생각합니까?
3. 전도성이 있다고 생각하는 다른 재료는 무엇입니까?
4. 단열재에는 어떤 다른 재료가 있다고 생각하십니까?

수업은 고학년 학생의 경우 1회 수업 시간에 완료할 수 있습니다. 그러나 학생들이 서두르지 않도록 하고 학생의 성공을 보장하기 위해(특히 어린 학생의 경우) 수업을 두 기간으로 나누어 학생들에게 브레인스토밍, 아이디어 테스트 및 디자인을 완성할 더 많은 시간을 제공합니다. 다음 수업 시간에 테스트 및 보고를 수행합니다.

• 지휘자: 전기가 통하도록 하는 물질.
• 절연체: 전기가 통하지 않는 물질.
• 저항: 절연은 저항으로 측정됩니다. 절연 물질이 많을수록 저항이 커집니다.
• 회로: 전기가 흐르는 고리. 회로는 배터리와 같은 전원에서 시작하여 전선과 전기 부품(예: 조명, 모터 등)을 통해 흐릅니다.
• 직렬 회로: 전기가 흐를 수 있는 하나의 경로를 허용합니다.
• 병렬 회로: 전기가 흐를 수 있는 여러 경로를 허용합니다.
• 단락: 서로 닿아서는 안 되는 전선이 서로 닿았을 때.

인터넷 연결

• 퀴시 회로
• Makerspaces.com: 스퀴시 회로
• 앤마리 토마스: 복잡한 회로를 사용한 실습 과학

추천 도서

• 아이들을 위한 전자 제품: 간단한 회로를 가지고 놀고 전기를 실험해 보세요! (ISBN: 978-1593277253)
• 회로에 대한 초보자 안내서: 조명, 소리 등이 포함된 978개의 간단한 프로젝트! (ISBN: 1593279042-XNUMX)
• Squishy 회로 구축(ISBN: 978-1634727235)
• Makerspace 프로젝트의 큰 책: 실험, 창조 및 학습을 위한 영감을 주는 제작자(ISBN: 978-1259644252)

쓰기 활동

이 활동에서는 전기를 전도할 수 있는 재료를 사용하여 물건을 만들 것입니다. 이렇게 하면 조명, 모터, 팬 및 기타 전기 요소를 창작물에 추가할 수 있습니다. 링컨 네브래스카 대학의 토목 엔지니어인 Chris Tuan은 얼음과 눈을 녹일 수 있는 도로와 보도를 만드는 데 사용할 수 있는 전도성 콘크리트를 만드는 공식을 개발했습니다. 전도성 물질로 건물을 지을 수 있다면 그 전기적 특성을 어떻게 사용하겠습니까?

커리큘럼 프레임워크에 맞게 조정

참고: 이 시리즈의 모든 수업 계획은 Computer Science Teachers Association K-12 Computer Science Standards, US Common Core State Standards for Mathematics 및 해당되는 경우 National Council of Mathematics' Principles and Standards for School에도 정렬되어 있습니다. 수학, 국제 기술 교육 협회(International Technology Education Association)의 기술 문해력 표준(Standards for Technological Literacy), 미국 국립 과학 교육 표준(US National Science Education Standards)은 국가 연구 위원회(National Research Council)에서 제작했습니다.

차세대 과학 표준

이해를 보여주는 학생은

• 3-5-ETS1-1. 성공에 대한 지정된 기준과 재료, 시간 또는 비용에 대한 제약을 포함하는 필요 또는 필요를 반영하는 단순한 설계 문제를 정의합니다.
• 3-5-ETS1-2. 각 솔루션이 문제의 기준과 제약 조건을 얼마나 잘 충족하는지에 따라 문제에 대한 여러 가능한 솔루션을 생성하고 비교합니다.
• 3-5-ETS1-3. 변수를 제어하고 실패 지점을 고려하여 모델 또는 프로토타입의 측면을 식별할 수 있는 공정한 테스트를 계획하고 수행합니다.
  향상.
• 4-PS3-2. 에너지가 소리, 빛, 열 및 전류에 의해 장소에서 장소로 전달될 수 있다는 증거를 제공하기 위해 관찰
• 4-PS3-4. 변환하는 장치를 설계, 테스트 및 개선하기 위해 과학적 아이디어를 적용합니다.
  한 형태에서 다른 형태로의 에너지.
• MS-ETS1-1. 충분한 정보로 설계 문제의 기준과 제약을 정의합니다.
  관련 과학을 고려하여 성공적인 솔루션을 보장하는 정밀도
  가능한 해결책을 제한할 수 있는 사람과 자연 환경에 대한 원칙과 잠재적 영향.
• MS-ETS1-2. 체계적인 프로세스를 사용하여 경쟁 설계 솔루션을 평가합니다.
  문제의 기준과 제약 조건을 얼마나 잘 충족하는지 결정합니다.
• MS-ETS1-3. 테스트 데이터를 분석하여 여러 설계 솔루션 간의 유사점과 차이점을 확인하여 성공 기준을 더 잘 충족하기 위해 새로운 솔루션으로 결합할 수 있는 각각의 최상의 특성을 식별합니다.
• MS-ETS1-4. 최적의 설계가 달성될 수 있도록 제안된 객체, 도구 또는 프로세스의 반복적인 테스트 및 수정을 위한 데이터를 생성하는 모델을 개발합니다.

기술 문해력 표준 – 모든 연령대

• 8장 – 디자인의 속성
  • 디자인의 정의
  • 디자인 요구 사항
• 9장 - 엔지니어링 설계
  • 엔지니어링 설계 프로세스
  • 창의력과 모든 아이디어를 고려
  • 모델
• 10장 - 문제 해결에서 문제 해결, 연구 및 개발, 발명 및 실험의 역할
  • 문제해결
  • 발명과 혁신
  • 실험
• 11장 – 디자인 프로세스 적용
  • 정보 수집
  • 솔루션 시각화
  • 솔루션 테스트 및 평가
  • 디자인 개선
• 16장 - 에너지 및 전력 기술
  • 에너지는 다양한 형태로 온다
  • 도구, 기계, 제품 및 시스템

회로

회로는 전기가 흐르는 루프입니다. 회로는 배터리와 같은 전원에서 시작하여 전선과 전기 부품(예: 조명, 모터 등)을 통해 흐릅니다. 회로에는 직렬 회로와 병렬 회로의 두 가지 종류가 있습니다.

직렬 회로 전기가 흐를 수 있는 하나의 경로만 허용합니다. LED가 있는 직렬 회로에서 전원에서 멀리 떨어져 있는 LED는 더 적은 전력으로 전원을 공급할 수 있기 때문에 더 어둡게 보입니다. 직렬 회로에서 LED가 타거나 제거되면 나머지 조명에 대한 하나의 경로가 끊어지기 때문에 그 뒤에 오는 모든 조명도 꺼집니다.

병렬 회로 전기가 흐를 수 있는 여러 경로를 허용합니다. LED가 있는 병렬 회로에서 각 LED는 자체 경로를 따라 전기가 직접 흐릅니다. 각 LED는 전기가 각 LED에 직접 닿기 때문에 어디에 있든 밝게 빛날 수 있습니다. 또한 병렬 회로에서 하나의 빛이 타거나 제거되면 다른 빛은 계속 빛날 것입니다.

전도도 및 절연

전기를 전도하여 전기가 흐르도록 하는 물질을 전도성이라고 합니다. 전도성 물질을 사용하여 회로를 만들 수 있습니다. 그것은 금속 와이어를 사용하거나 과일, 감자, 심지어 반죽과 같은 더 특이한 것을 사용하는 것을 의미할 수 있습니다. 사용하게 될 전도성 반죽에서 반죽의 소금은 Na+와 Cl- 이온으로 해리되어 반죽을 통해 전기를 이동시키는 데 도움이 됩니다.

전기가 통하지 않는 물질을 절연체라고 합니다. 절연은 저항으로 측정됩니다. 절연 물질이 많을수록 저항이 커집니다. 작업할 절연 반죽은 저항성이 있어 전기가 거의 흐를 수 없습니다.

절연체는 전기의 벽 역할을 합니다. 전기는 절연체에 의해 차단되거나 절연체 주위에서 방법을 찾아야 합니다. 절연 반죽은 전기를 전도하지 않기 때문에 전도성 반죽을 분리하고 LED 및 모터와 같은 다른 전기 부품을 통해 전기를 강제로 흐르게 하는 데 사용할 수 있습니다.

저항은 또한 특정 구성 요소로의 전기 흐름을 늦추는 데 중요합니다. 예를 들어, 전도성 반죽은 전기가 통과할 수 있도록 하지만 약간의 저항도 제공합니다. 이것은 배터리 팩에서 LED로의 전기 흐름을 늦추는 데 도움이 됩니다. LED가 배터리 팩에 직접 연결되면 LED가 타버릴 것입니다.

단락

전기는 항상 저항이 가장 적은 경로를 따릅니다. 전기는 저항성 물질을 통해 천천히 흐르기보다 LED, 모터, 와이어 또는 기타 전도성 물질과 같이 더 전도성이 있는 물질을 통해 경로를 취합니다. 이것은 절연 재료를 사용하여 전기를 변경하고 전기가 흐르길 원하는 구성 요소를 통과하는 데 사용할 수 있는 방법입니다.

저항이 적은 LED와 같은 전기 부품 주위에 경로가 있는 경우 전기는 LED를 우회하여 저항이 가장 적은 경로를 사용합니다. 이것을 단락이라고 합니다. 이것이 LED를 한 조각의 전도성 반죽 또는 두 개의 전도성 반죽에 삽입한 다음 서로 만지면 LED가 켜지지 않는 이유입니다.

극성

전류는 에너지원의 양극에서 음극으로 흐릅니다. 회로에 흐르는 전류의 방향을 극성이라고 합니다. 이 활동에서 배터리 팩의 빨간색 선은 양극이고 검은색 선은 음극입니다. 일부 전자 부품도 양극과 음극이 있어 올바른 방향으로 부착해야 작동합니다. 작업할 LED에는 각각 XNUMX개의 리드(하나는 짧고 하나는 긴)가 있습니다. 긴 리드는 양극으로 가고 짧은 리드는 음극으로 갑니다. LED가 잘못된 방향으로 부착된 경우 뒤집어질 때까지 켜지지 않습니다. 모터는 어느 방향으로 부착해도 작동합니다. 그러나 전기가 흐르는 방향에 따라 모터 축의 회전 방향이 결정됩니다.

이 활동에서는 어렸을 때 했던 것처럼 반죽으로 작품을 만들 것입니다. 이러한 창조물만이 전기를 전도할 수 있으므로 회로를 만들고 조명, 모터 등과 같은 기능을 추가할 수 있습니다. 두 가지 유형의 반죽으로 작업하게 됩니다. 하나의 반죽(색깔이 있는 것)은 전도성이 있으며 이를 통해 전기가 흐를 수 있습니다. 다른 하나(흰색)는 절연되어 있어 전기가 통하지 않습니다. 두 가지 유형의 반죽과 함께 작동하여 회로를 만드는 방법을 살펴보는 것으로 시작합니다. 그러면 즐겁게 창의력을 발휘할 수 있습니다.

회로 연습/반죽 알아보기

1. 전도성 반죽의 공으로 시작하십시오. 반죽의 반대쪽에 배터리 팩의 전선을 삽입하십시오. 반죽에 LED를 넣습니다. 무슨 일이야?

   

2. 다음으로 전도성 반죽을 두 조각으로 분리합니다. 배터리 팩 와이어 하나를 반죽 한 조각에 넣고 다른 하나를 다른 반죽 조각에 넣습니다. 이제 반죽의 한 조각에 리드가 있는 LED를 삽입하고 반죽의 두 번째 조각에 다른 리드를 삽입합니다. 무슨 일이야?

   

3. 그런 다음 LED를 제거하고 뒤집은 다음 이전과 반대 방향으로 리드를 사용하여 두 개의 반죽 조각에 다시 삽입하십시오. 무슨 일이야? 왜 그런 일이 일어났다고 생각하세요?

4. LED가 켜진 상태에서 두 개의 반죽을 함께 만지십시오. 무슨 일이야? 왜 그런 일이 일어났다고 생각하세요?

5. 다음으로 두 개의 전도성 반죽 사이에 절연성 반죽을 넣고 서로 닿도록 붙입니다. 절연 반죽을 가로지르는 LED를 전도성 반죽의 두 부분에 삽입하면 하나의 단단한 물체가 생깁니다. 그러나 단락이 발생하지 않기 때문에 LED가 켜집니다. 절연 반죽은 전기가 통과하는 것을 허용하지 않기 때문에 전기가 대신 LED를 통과하여 조명을 켭니다.

   

6. 전도성 및 절연 반죽을 사용하여 두 개 이상의 LED가 있는 직렬 회로를 만듭니다. 조명에 대해 무엇을 알 수 있습니까? 왜 그렇다고 생각하세요?

   

7. 전도성 및 절연 반죽을 사용하여 XNUMX개의 LED가 있는 병렬 회로를 만듭니다. 조명에 대해 무엇을 알 수 있습니까? 직렬 회로의 표시등과 어떻게 다릅니까? 왜 그렇다고 생각하세요?

   

크리에이티브 만들기

이제 두 가지 유형의 반죽을 사용하여 LED에 전원을 공급하고 모터를 작동시키는 방법을 이해했으므로 창의적인 것을 만들어 보세요. LED, 모터, 부저, 팬 또는 교사가 제공한 기타 재료를 사용할 수 있습니다. 눈이 번쩍 뜨이는 동물, 회전하는 프로펠러가 달린 헬리콥터 등 상상할 수 있는 모든 것을 만들 수 있습니다. 작업을 마친 후에는 자신의 창작물을 나머지 반원들과 공유하고 반 친구들이 어떻게 생각했는지 확인하세요. 다음은 다른 학생들이 만든 몇 가지 작품입니다.