손전등 및 배터리

이 수업에서는 이 일상 생활 용품의 전기 회로와 스위치 기능을 보여주는 손전등의 작동 방식을 살펴봅니다. 학생들은 배터리가 어떻게 작동하는지, 간단한 손전등 내의 간단한 회로에 전원을 공급하는 방법, 스위치가 전자의 흐름을 제어하는 방법을 배웁니다. 학생들은 팀을 이루어 손전등을 분해하고 손전등 회로 설계의 개략도를 그립니다.

스위치가 전기 흐름을 제어하는 방법을 알아보십시오.
기본적인 전기 개략도를 그리는 법을 배웁니다.
손전등 내부의 전기 회로와 배터리가 어떻게 작동하는지 알아보십시오.
팀워크와 그룹 작업에 대해 알아보세요.

연령 수준 : 8-11

건축 자재

필수 자료

플래시
2 개의 D 배터리
2 스위치

엔지니어링 디자인 챌린지

디자인 도전

당신은 손전등을 분해하고 재조립하여 작동하도록 하는 과제를 받은 엔지니어 팀입니다. 그런 다음 개선된 손전등(신소재, 여러 개의 전구, 추가 배터리)을 위한 회로도를 디자인하고 그려서 학급과 디자인을 공유합니다.

활동 지침 및 절차

수업을 3-4명의 팀으로 나눕니다.
손전등 및 배터리 워크시트와 디자인 스케치용 종이 몇 장을 나누어 주십시오.
배경 개념 섹션의 주제에 대해 토론합니다. 학생들에게 작동하는 손전등을 보여주고 손전등의 스위치가 손전등 회로 전체의 전기 흐름을 제어하는 방법을 설명합니다.
각 팀에 자료를 제공합니다.
팀에게 손전등을 분해했다가 다시 조립하여 작동하도록 요청합니다.
팀에게 "켜짐" 위치에 있는 손전등에 대한 전기 회로도를 그리도록 요청합니다.
다음으로 학생 팀은 개선된 손전등을 설계하고 새로운 설계를 위한 또 다른 전자 회로도를 그립니다. (아이디어: 신소재, 여러 개의 전구, 여분의 배터리)
팀은 새로운 디자인을 학급에 발표합니다.
주제에 대한 자세한 내용은 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.

시간 수정

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.

간단한 회로는 기능하는 전기 회로를 완성하는 데 필요한 세 가지 최소 요소로 구성됩니다. 즉, 전원(배터리), 전기가 흐르는 경로 또는 도체(도선) 및 전기 저항(램프)이 필요한 장치입니다. 작동하는 전기. 아래 그림은 배터리 XNUMX개, 전선 XNUMX개, 스위치 및 전구를 포함하는 간단한 회로를 보여줍니다. 전기의 흐름은 배터리의 고전위(+) 단자에서 전구를 통해(점등), 다시 음극(-) 단자로, 스위치가 켜짐 위치에 있을 때 전류가 계속 흐르므로 전류 흐를 수 있습니다.

간단한 회로의 개략도

다음은 배터리, 스위치 및 전구에 대한 전자 기호를 보여주는 간단한 회로의 개략도입니다.

스위치 시뮬레이션

와이어를 분리하거나 연필을 추가하여 스위치 시뮬레이션

간단한 회로에서 스위치를 시뮬레이션할 수 있는 몇 가지 방법이 있습니다. 전구에서 와이어를 제거하고 교체하기만 하면 스위치 역할을 할 수 있습니다. 또 다른 간단한 스위치는 와이어 중 하나의 끝을 고무줄을 사용하여 연필의 지우개 끝에 부착하여 만들 수 있습니다. 그런 다음 연필의 다른 쪽 끝에 다른 고무 밴드를 부착하고 다른 쪽 끝을 연결 와이어 위에 놓고 떼어내면 스위치가 만들어집니다. 알루미늄 호일, 헤어 클립, 클립, 종이 패스너 및 일부 금속 펜과 같은 다른 유형의 도체도 스위치 설계에 사용할 수 있습니다.

배터리 및 손전등

배터리 역사

최초의 배터리는 1800년 알레산드로 볼타 백작에 의해 시연되었습니다. 그의 실험은 서로 다른 금속이 서로 접촉하여 전기를 생성할 수 있음을 보여주었습니다. 그는 바닷물과 은 또는 구리에 적신 종이와 아연 원반을 번갈아가며 쌓았습니다. 두 개의 서로 다른 금속으로 만들어진 와이어를 상단 디스크와 하단 디스크에 모두 연결했을 때 Volta는 전압과 전류를 측정할 수 있었습니다. 그는 또한 더미가 높을수록 전압이 높다는 것을 발견했습니다. 전류는 두 금속의 서로 다른 전자를 끌어당기는 능력에서 발생하는 화학 반응으로 인해 생성됩니다. 배터리 기록에 대한 추가 정보는 Engineering and Technology History Wiki(https://ethw.org/Batteries)에서 찾을 수 있습니다.

손전등 역사

1890년대에 American Ever-Ready Company 설립자인 Conrad Hubert는 전기 손 토치를 발명했습니다. Hubert는 1898년에 최초의 Eveready 손전등에 대한 특허를 획득했습니다. Hubert의 첫 번째 손전등은 전구와 황동 반사경이 있는 종이와 섬유 튜브로 만들어졌습니다. 그 당시 배터리는 매우 약했고 전구는 아직 개발 중이었기 때문에 최초의 손전등은 짧은 빛의 "번쩍임"만 생성하여 발명품에 이름을 붙였습니다.

손전등 작동 방식

손전등에는 XNUMX가지 주요 구성 요소가 있습니다.

케이스 또는 튜브: 손전등의 다른 모든 구성 요소를 보관합니다.
접점: 배터리, 램프 및 스위치를 연결하는 역할을 하는 일반적으로 구리 또는 황동으로 만들어진 얇은 스프링 또는 금속 스트립.
스위치: 켜기 또는 끄기 위치에 있을 수 있습니다.
반사판: 반사 알루미늄 층으로 코팅된 플라스틱으로 전구의 효과적인 조명을 밝게 하는 데 도움이 됩니다.
전구: 일반적으로 매우 작습니다.
렌즈: 전구 앞의 플라스틱 덮개는 쉽게 파손될 수 있는 램프를 보호합니다.
배터리: 손전등에 전원을 공급합니다.

스위치가 "켜짐" 위치에 있으면 전자가 흐를 수 있도록 두 개의 수축 스트립을 연결합니다. 배터리는 손전등에 전원을 공급하고 접점 스트립 중 하나에 연결된 작은 스프링 위에 있습니다. 이 접촉 스트립은 케이스의 길이를 따라 움직이며 스위치와 접촉합니다. 다른 접촉 스트립은 스위치를 전구와 연결합니다. 마지막으로 다른 접점이 전구를 상단 배터리에 연결하여 회로를 완성합니다.

어휘

배터리: 전기를 저장할 수 있는 장치.
회로: 전기가 흐를 수 있는 완전한 경로.
제약: 재료, 시간, 팀 규모 등의 제한
기준: 전체 크기 등 디자인이 충족해야 하는 조건
전자 흐름: 전기.
엔지니어: 세계의 발명가이자 문제 해결사. XNUMX개의 주요 전문 분야가 엔지니어링에서 인정됩니다(인포그래픽 참조).
엔지니어링 설계 프로세스: 프로세스 엔지니어가 문제를 해결하는 데 사용합니다.
EHM(Engineering Habits of Mind): 엔지니어가 생각하는 XNUMX가지 고유한 방식.
반복: 테스트 및 재설계는 한 번의 반복입니다. 반복합니다(여러 번 반복).
프로토타입: 테스트할 솔루션의 작업 모델.
개략도: 회로의 전자 기호를 보여주는 다이어그램.
단순 회로: 작동하는 전기 회로를 완성하는 데 필요한 세 가지 최소 요소로 구성됩니다. 전기 공급원(배터리), 전기가 흐르는 경로 또는 전도체(와이어) 및 전기 저항(램프)을 필요로 하는 모든 장치 작동하는 전기.
스위치: 전기 회로에서 연결을 만들거나 끊거나 변경하는 장치.

심화를 파

인터넷 연결

엔지니어링 및 기술 역사 위키

추천 도서

DK 목격자 시리즈: 전기(ISBN: 0751361321)
목격자 전기, 스티브 파커(DK Publishing, ISBN: 0789455773)
과학이 작동하는 방식, Judith Hann(Readers Digest, ISBN: 0762102497)
Usborne Book of Batteries & Magnets(How to Make Series), Paula Borton, Vicky Cave(EDC 간행물, ISBN: 074602083X)

쓰기 활동

크랭크 손전등이 작동하는 방식을 설명하는 에세이 또는 단락 작성