전구의 전기적*광학적 특성에 대한 과학교육적 연구

Abstract

본 연구는 초등학교 과학과 교육과정 전기 관련 실험수업에서 전구의 밝기가 같아야 하는 실험에서 밝기가 다르거나 한 쪽 전구에 불이 아예 들어오지 않는 것과 같은 예상과 다른 결과가 발생하는 문제들의 원인이나 이유들을 실험적으로 밝히는 것과 교사들에게 전구에 대한 배경적인 과학지식을 제공하는 것을 목적으로 하였다. 본 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 같은 규격의 전구들 일지라도 상온에서 저항, 전압 인가시 전구의 저항 다를 수 있다는 것이다. 전구 밝기를 결정하는 전력이 전구의 저항에 영향을 받기 때문에 저항이 다르면 또한 전구의 밝기도 달라질 수 있다. 둘째, 전구의 저항이 다름에 의하여 그 전류-전압 특성도 달라진다. 상온에서 저항이 같다고 하더라도 전압에 따른 전류 그래프가 다양하게 나왔고 전구가 옴의 법칙을 따르지 않는 비선형 소자임을 실험을 통해 보임과 동시에 전압에 따른 저항들을 도해법을 사용하여 측정하고 제시하였다. 셋째, 전구의 점등에는 어떤 임계전력이 필요하며, 임계전력 이하의 전류와 전압에서는 전구에 전류가 흐르거나 전압이 인가되더라도 점등되지 않는다는 것을 실험적으로 보였다. 따라서 전구를 직렬로 연결할 때 한 쪽 전구는 저항이 커서 전구에 임계전력보다 높은 전력이 소비되고 다른 쪽은 상대적으로 저항이 작아 전구가 소비하는 전력이 임계전력보다 낮다면 한 쪽만 불이 켜지는 현상이 일어나게 된다. 이는 전구의 저항 차이와 이로 인해 전구에서 소비되는 전력의 차이로 해석할 수 있다. 넷째, 전구의 밝기는 전력에 비례한다. 전구의 밝기는 전구에 흐르는 전류뿐만 아니라 전구의 저항, 전구에 인가되는 전압과 그로 인해 전구에서 소비되는 전력에 영향을 받는 다는 것을 실험을 통해 검증하였는데 이는 전류나 전압이 전구의 밝기를 결정한다는 교사들의 오개념을 바로 잡아 줄 것이다. 다섯째, 전구들의 전기적, 광학적 특성은 같은 규격일지라도 다르다. 상온에서 저항이 일정하지 않았고, 점등되는 전압과 전류가 일정하지 않았다. 인가한 전압에 따른 전구에 흐르는 전류도 같은 규격 전구라 할지라도 조금씩 차이가 났다. 같은 규격에서 인가한 전압, 전구에 흐르는 전류에 따른 조도도 차이가 났다. 이러한 것이 원인이 되어 전구를 이용한 과학과 전기 관련 실험 수업에서 예상과 다른 문제들이 발생한다고 할 수 있겠다.

주요어 : 실험수업, 전구, 저항, 조도, 도해법, 임계 전력