라이트 업 이름 배지

KEYSIGHT Technologies의 후원 강의

이 수업 계획에서는 고유한 재료를 사용하고 시뮬레이션을 통해 더 깊이 있는 기본 회로를 탐구합니다. 학생들은 디자인 챌린지에서 배운 내용을 적용하여 빛나는 이름표를 만듭니다.

학생들은 시뮬레이션 환경에서 직렬 및 병렬 회로를 탐색한 다음 종이 회로 재료를 사용하여 최상의 설계를 복제합니다.

학생들은 다음을 이해할 수 있습니다:

  • 간단한 회로의 기본 구성요소 
  • 전자 부품 기호
  • 직렬 및 병렬 회로

연령 수준 : 10 – 17

필수 자료 

  • 구리 테이프 – 학생당 1피트 – 2피트 
  • LED(10mm가 가장 좋음) – 학생당 3-4개(다리가 부러진 경우 추가)
  • 코인 셀 배터리(3V- CR2023 작동) – 학생당 1-2개(더 많은 LED 테스트를 위해 두 번째)
  • 인덱스 카드 – 학생당 최대 3-5개(테스트, 실수를 위한 추가 카드)
  • 가능성 표(파이프 클리너, 구글 눈, 색종이, 깃털, 바인더 클립, 종이 클립, 테이프/접착제, 가위, 마커 등). 명찰을 장식하고 부착하기 위한 아이템입니다.
  • 컴퓨터
  • PHet 시뮬레이션 (회로 구성 키트: DC)

종이 회로

귀하는 귀하의 이름이 표시된 조명 명찰을 디자인하고 제작하고 착용하는 과제를 받았습니다. 

기준 및 제약

  • 3개의 LED가 이름표에 포함되어야 하며 모두 켜져 있어야 합니다.
  • 코인 셀 배터리 1개만 사용 
  • 이름표를 착용할 수 있어야 합니다. 
  • 사용 가능한 재료만 사용
  • 시뮬레이션 도구를 사용하여 반복하고 최상의 솔루션을 얻습니다.

1단계: Phet 기본 회로의 전체 그룹 데모

2단계: Phet 시뮬레이션: 배터리 하나로 3개의 LED를 켜는 방법은 무엇입니까?

3단계: 라이트업 이름표 디자인 및 제작

강의 소개: 설계 과제와 제약 조건을 읽어보세요.

  • 그들이 사용할 샘플 라이트 업 명찰 자료를 들어보세요. 
  • 라이트업 명찰을 착용하세요
  • 이것을 만들기 전에 먼저 연주를 좀 해야 한다고 설명해주세요!

1단계: Phet 기본 회로의 전체 그룹 데모

  • PhET 시뮬레이션을 열어보세요 회로 구성 키트: DC. 이미지의 재생 버튼을 클릭하고 선택하세요. 소개. 또한 AC 시뮬레이션 (어휘 목록 참조). 어느 쪽이든 이 도전에 성공할 것입니다.
    참고: 컴퓨터 기반 시뮬레이션은 학생들이 화면 구성 요소를 조작하게 하여 복잡한 개념을 이해하는 데 도움이 됩니다. 시뮬레이션을 통해 학생들은 즉각적인 원인 및 결과 반응을 통해 시스템이나 프로세스가 어떻게 작동하는지 확인할 수 있습니다. 그들은 작업을 완료할 때까지 "플레이"하고 반복합니다. 
  • 조명, 배터리, 전선을 보여주세요.
  • 학생들에게 회로가 어떤 모습이어야 한다고 생각하는지 스케치하도록 요청하십시오.
  • 한 학생을 초대하여 PhET 회로를 "만들도록" 하십시오.

발생할 수 있는 함정을 지적하라

  • 학생들은 종종 전구를 회로에 배치할 때 전구 바닥에 두 전선을 모두 넣을 수 있다고 생각하지만 회로가 단락된다는 것을 빨리 깨닫게 됩니다. 하나의 전선을 연결해야합니다 전구 측면에 있고 다른 하나는 전구 바닥에 있습니다. 이는 상단 이미지에서 두 개의 전구가 켜지지 않는 것으로 눈에 띄게 볼 수 있으며, 올바르게 연결되면 전구가 켜집니다.

2단계: Phet 시뮬레이션: 배터리 하나로 3개의 LED를 켜는 방법은 무엇입니까?

  • 이제 학생들에게 개인 또는 2인 1조로 3개의 LED를 켜는 작업을 하도록 하십시오. LED를 직렬 및 병렬로 연결하여 테스트하게 하세요.

 

연속

      

 

평행

       

 

직렬로 연결하면 3개의 LED를 밝게 켜려면 두 번째 배터리가 필요합니다. 그러나 병렬로 사용하려면 배터리가 하나만 필요합니다.

3단계: 라이트업 이름표 디자인 및 제작

당신의 이름 배지를 만드십시오

  • 먼저 학생들에게 이름표 디자인에 대한 아이디어를 브레인스토밍하게 하세요. 가능성 표에 나와 있는 자료를 살펴보게 하세요.
    그들은 어디를 원합니까? 조명을 놓을까? 조명이 디자인의 특정 지점(예: "i"의 점, "o"의 중간, 별이나 태양의 중심)에 있습니까?
  • 샘플을 다시 보여주세요. 앞면에 이름이 있고 뒷면에 ​​회로가 ​​있는 것과 회로가 표시된 것 등을 구체적으로 지적합니다.
  • 필요한 자료를 공유하고 가능성 목록에 소개하세요.
  • 동일한 문제에 대해 여러 가지 해결책이 있을 수 있음을 설명합니다. 이 도전을 위해. "올바른" 해결책은 없습니다. LED 조명 기준을 충족하고 작동하는 디자인은 매우 다르게 보입니다. 여러 가지 해결책이 있을 것입니다.
  • 학생들에게 색인 카드에 Phet의 최고의 회로를 복제하는 것부터 시작하게 하세요. 연필을 사용하여 스케치합니다. LED의 위치, 배터리 및 전선, 이름 등을 고려하게 하십시오. 시뮬레이션을 통해 배운 내용을 바탕으로 배터리 3개와 LED XNUMX개(직렬 또는 병렬)에 대한 최선의 선택은 무엇입니까? 그 선택부터 시작해 보세요. 시뮬레이션에 따르면 배터리 XNUMX개와 LED XNUMX개에 대해 병렬이 가장 좋은 옵션인 것으로 나타났습니다. LED를 직렬로 밝게 켜려면 두 개의 배터리가 필요하다는 것을 보여주었습니다.
  • 다음으로 그들은 명찰을 위한 회로를 조립합니다. LED를 찔러서 모든 LED의 긴 다리(양극)만 놓고 구리 테이프(와이어)로 테이프를 붙입니다. 다음으로 LED의 짧은 다리를 모두 테이프로 붙인 다음 모든 연결부를 아래로 잘 누르고 배터리를 세게 눌러 회로를 닫습니다(음극선이 배터리 아래로 가고 양극선이 배터리 상단으로 이동하는 스위치 역할). 배터리).
  • 학생들은 자신의 배지를 장식하고 다른 사람들이 볼 수 있도록 착용 방법을 디자인합니다(샘플 참조 - 파이프 클리너를 사용하여 목걸이로 만들기).

 

                               

팁과 요령을 공유하세요:

  • LED와 코인 셀 배터리 모두 양극과 음극이 있습니다. LED의 양극 다리는 코인 셀 배터리의 양극에 연결되어야 하며 음극에도 동일하게 연결되어야 합니다.
  • 조립하기 전에 배터리와 LED를 테스트하여 구성 요소가 제대로 작동하는지 확인하세요. LED의 긴 다리를 코인 셀 배터리의 상단(+) 측에 놓고 LED의 짧은 다리를 코인 셀 배터리의 하단(-) 측에 놓습니다. 코인 셀 배터리는 몇 개의 LED에 병렬로 전원을 공급할 수 있습니까? (테스트에 더 많은 LED를 추가하십시오).
  • 회로 단락: 구리 테이프가 겹치지 않도록 주의하십시오. 전류 흐름이 중단될 수 있습니다. (즉, 회로를 가로질러 구리 테이프를 붙이고 코인 셀 배터리의 측면도 양극이므로 주의하십시오.)
  • 구리 테이프가 귀하의 와이어가 될 것입니다. 뒷면에 접착제가 있습니다. 그냥 종이를 떼어내세요.
  • 좋은 연결성을 얻으려면 압력이 필요합니다. LED 다리를 누르고 다리 아래와 위쪽 모두에 쿠퍼 테이프를 추가하는 것을 고려하십시오.
  • 코인 셀 배터리는 스위치처럼 작동합니다. 그것을 누르면 회로가 닫힙니다.
  • 불을 켜두려면 테이프로 붙여두세요.
  • LED 다리는 쉽게 부러질 수 있습니다. 너무 급격하게 구부러지지 않도록 주의하세요.

LED 색상은 까다로울 수 있습니다. 간단하게 유지하려면 이 프로젝트에 한 가지 색상만 사용하세요. 각 색상의 LED는 켜지는 데 서로 다른 전압이 필요합니다(예: 빨간색: 1.8V, 노란색: 2.1V, 녹색: 2.2V, 파란색: 3.2V 및 흰색: 3.2V). 따라서 조합에 따라 이 프로젝트에서는 3가지 다른 색상의 LED를 사용하지 못할 수도 있습니다. 자세한 내용은 Q26의 이 비디오를 확인하십시오. LED에 관한 모든 것 2부: 다양한 색상 혼합

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.

단순 회로 란 무엇입니까?

간단한 회로는 전원 또는 전기 소스(코인 셀 배터리), 전기가 흐르는 경로 또는 도체(와이어 – 구리 테이프)(전류) 및 전기 저항기(LED)의 세 가지 구성 요소로 구성됩니다. 이 이미지는 코인 셀 배터리 1개, 구리 테이프(와이어) 2개, LED 1개가 포함된 간단한 회로를 보여줍니다. 전기(전류)의 흐름은 배터리의 양극(+)에서 LED(켜짐)를 거쳐 음극(-)으로 돌아옵니다. LED 조명을 만들려면 LED의 양극 다리를 코인 셀 배터리의 양극 쪽에 연결하고 음극(짧은 다리)을 코인 셀 배터리 바닥에 연결해야 합니다. (보다 단일 LED 명찰을 위한 PPT)

현재 : 전류는 회로 내에서 높은 전압(+)에서 낮은 전압(-)으로 흐릅니다. 가장 낮은 전압 지점(일반적으로 접지라고 함)에 도달하는 데 필요한 모든 경로를 통해 일정량의 전류가 흐릅니다.

직렬 회로: 구성 요소는 전류가 흐르는 단일 경로를 형성하는 선에서 끝과 끝이 연결됩니다. 직렬 회로의 각 구성 요소는 가장 가까운 이웃과 하나의 노드를 공유합니다. LED는 다음 LED의 양극 다리에 연결된 LED의 음극 다리와 직렬로 연결됩니다.  

병렬 회로: 구성 요소는 서로의 다리에 걸쳐 연결됩니다. 양극은 양극으로, 음극은 음극으로 연결됩니다.. 전류 흐름에는 여러 경로가 있지만 모든 구성 요소에 걸쳐 하나의 전압(배터리)만 있습니다. LED의 양극 다리는 배터리의 양극 끝에 연결되고 LED의 음극 다리는 배터리의 음극 끝에 연결됩니다.

  • 배터리 : 회로에 전원을 공급합니다. 배터리가 폐쇄 회로에 있을 때 화학 에너지를 전기 에너지(전기)로 변환하여 회로에 전력을 공급합니다(즉, 전류가 흐르고 LED가 켜집니다).
  • 현재 : 회로를 통한 전기에너지(전기)의 흐름
  • LED : "발광 다이오드"(LED)라고 불리는 반도체의 종류. 전류가 흐르면 불이 켜집니다. 양극(긴) 다리는 "양극"이고 음극(짧은) 다리는 "음극"입니다.
  • 철사: 전기를 전도하고 회로의 구성 요소를 연결하는 데 사용됩니다.
  • AC : 교류(AC)는 규칙적으로 방향을 바꾸고 시간에 따라 그 값이 지속적으로 변하는 전류입니다.
  • DC : 직류(DC)는 한 방향으로 흐르는 전류입니다.
  • 폐쇄 회로: 회로의 스위치가 닫혀 전류가 흐를 수 있을 때
  • 개방 회로: 회로의 스위치가 개방되어 전류가 흐르지 못하는 경우
  • 스위치: 회로의 스위치는 회로를 열거나 닫는 데 사용됩니다. 전류의 흐름을 차단하거나 개방
  • 단락: 서로 닿지 말아야 할 전선이 닿았을 때 (어쩌다 겹쳤을 때)
  • 지휘자: 전기가 흐르게 하는 물질
  • 절연체: 전기가 흐르지 않는 물질
  • 저항 : 절연은 저항으로 측정됩니다. 재료의 절연성이 높을수록 저항이 커집니다.
  • 병렬 회로: 전기(전류)가 흐르는 다중 경로를 허용합니다.
  • 직렬 회로: 전기(전류)가 흐르는 단일 경로를 허용합니다.

확장 활동

  • 청정 에너지: 전 세계의 LED 사용에 대해 토론해 보세요.

SDG 7: 저렴하고 깨끗한 에너지
“전 세계 주거용 조명 판매의 약 50%가 LED 기술을 사용합니다. 2050년 순배출 제로 시나리오에 맞춰 이 분야의 진전은 2030년까지 지속되어 모든 국가가 주로 LED 기술을 판매하고 효율성을 높일 수 있도록 해야 합니다.” 원천: 조명 IEA

  • LED가 청정 에너지 전략의 일부인 이유는 무엇입니까?
  • 집이나 학교 등에서 LED를 사용하시나요?
  • 현재 사용되지 않는 LED 조명으로 전환할 계획을 세웁니다.

더 깊이 들어가 보세요 도체 및 절연체 를 시청하여 이에 대해 더 많은 정보를 얻을 수 있습니다. PHet 시뮬레이션 (회로 구성 키트: DC). 시뮬레이션에서 다양한 재료(절연체 및 도체)를 살펴보세요.

커리큘럼 프레임워크에 맞게 조정
"메모" 열은 수업이 STEM 주제와 어떻게 연결되는지 설명하고 "X"는 수준(초급, 중급, 고급)을 나타냅니다. 큰 "X"는 연결이 강한 것을 나타내고, 작은 "x"는 연결이 약하거나 연결을 만들 수 있는 기회를 나타냅니다. 
과학 주제 노트 초급 중간의 Advnaced
재료 및 특성 독특한 재료 사용: 전선용 구리 테이프 및 동전형 전지 배터리(학생들에게는 새로운 것일 수도 있음). 이 종이 회로는 브레드보드에 회로를 만드는 것과 같습니다. 명찰 착용방법에 대한 소재의 창의적인 활용. x
에너지 배터리 내 에너지 변환(화학에서 전기로)에 대해 논의할 수 있습니다. x
전기/자기 기본 회로(직렬 및 병렬) X
물리학(빛, 소리, 열) LED 작동 방식에 대한 이해 얻기 X

 

기술 주제 노트 초급 중간의 Advnaced
시스템은 개방 및 폐쇄 회로 X
디자인 및 혁신(EDP) 엔지니어링 설계 프로세스(EDP) X

지속 가능한 개발 목표(SDG) 정렬 – 수업이 SDG 중 하나를 해결하는 데 사용될 수 있는지 여부에 따라 수업이 정렬됩니다(https://sdgs.un.org/goals).

SDG 7: 저렴하고 깨끗한 에너지
저렴하고 신뢰할 수 있으며 지속 가능하며 현대적인 에너지에 대한 액세스를 보장하십시오.
x 전 세계의 LED 사용에 대해 논의합니다.

명령

디자인 과제: 종이 회로

과제: 귀하는 귀하의 이름이 표시된 조명 이름표를 디자인하고 제작하고 착용해야 하는 과제를 받았습니다.

기준 및 제약

  • 3개의 LED가 이름표에 포함되어야 하며 모두 켜져 있어야 합니다.
  • 코인 셀 배터리 1개만 사용
  • 이름표를 착용할 수 있어야 합니다.
  • 사용 가능한 재료만 사용
  • 시뮬레이션 도구를 사용하여 반복하고 최상의 솔루션을 얻습니다.

1단계: 시뮬레이션 – 배터리 하나로 3개의 LED를 켜는 방법은 무엇입니까?

  • LED를 직렬 및 병렬로 연결해 보세요.
  • 당신이 발견한 몇 가지 주요 결과는 무엇입니까?

2단계: 이름표 만들기

  • 이름 배지 디자인을 브레인스토밍해 보세요. LED를 어디에 놓을 것인가?
  • PhET 회로 시뮬레이션에서 얻은 결과를 바탕으로 합니다. LED를 회로 직렬 또는 병렬에 어떻게 배치할 것인지 결정하십시오. 연필을 사용하여 회로를 스케치합니다.
  • 다음으로 그들은 귀하의 명찰을 위한 회로를 조립합니다. LED를 찔러서 구리 테이프를 한 번에 LED 하나씩 놓으십시오. 아래의 팁과 요령 목록을 참조하세요.
  • 배지를 장식하고 다른 사람들이 볼 수 있도록 착용 방법을 디자인하세요.

팁과 요령 :

  • LED와 코인 셀 배터리 모두 양극과 음극이 있습니다. LED의 양극 다리는 코인 셀 배터리의 양극에 연결되어야 하며 음극에도 동일하게 연결되어야 합니다.
  • 조립하기 전에 배터리와 LED를 테스트하여 구성 요소가 제대로 작동하는지 확인하세요. LED의 긴 다리를 코인 셀 배터리의 상단(+) 측에 놓고 LED의 짧은 다리를 코인 셀 배터리의 하단(-) 측에 놓습니다. 코인 셀 배터리는 몇 개의 LED에 병렬로 전원을 공급할 수 있습니까? (테스트에 더 많은 LED를 추가하십시오).
  • 구리 테이프가 귀하의 와이어가 될 것입니다. 그냥 찢어도 됩니다(가위로 자를 필요는 없습니다). 뒷면에 접착제가 있습니다. 그냥 종이를 떼어내세요.
  • 좋은 연결성을 얻으려면 압력이 필요합니다. LED 다리를 누르고 다리 아래와 위쪽 모두에 쿠퍼 테이프를 추가하는 것을 고려하십시오.
  • 코인 셀 배터리는 스위치처럼 작동합니다. 그것을 누르면 회로가 닫힙니다.
  • 불을 켜두려면 테이프로 붙여두세요.
  • LED 다리는 쉽게 부러질 수 있습니다. 너무 급격하게 구부러지지 않도록 주의하세요.

LED 색상은 까다로울 수 있습니다. 간단하게 유지하려면 이 프로젝트에 한 가지 색상만 사용하세요. 각 색상의 LED는 켜지는 데 서로 다른 전압이 필요합니다(예: 빨간색: 1.8V, 노란색: 2.1V, 녹색: 2.2V, 파란색: 3.2V 및 흰색: 3.2V). 따라서 조합에 따라 이 프로젝트에서는 3가지 다른 색상의 LED를 사용하지 못할 수도 있습니다. 자세한 내용은 Q26의 이 비디오를 확인하십시오. LED에 관한 모든 것 2부: 다양한 색상 혼합

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