초등학교 실험수업을 위한 새로운 전자석 개발과 특성 연구

Abstract

전자석이 초등학교 과학과 교육과정에 도입된 이래 수차례의 초등학교 과학과 교육과정의 개편이 있었음에도, 전자석 관련 실험 수업에서 비슷한 유형이 문제 가 반복하여 발생한다는 연구 결과들이 보고 되어 왔다. 이러한 문제들을 정리하 면 학생들이 전자석을 만들기가 어려워 많은 시간이 소요되어 실험 수업의 운영 에 지장을 초래해 왔고, 그 실험 결과가 이론적으로 예상한 바와 다르다는 것들 이다. 또한, 전자석 관련 실험에서 참고할만한 실험정보가 없을 뿐만 아니라 교 사용 지도서들과 문헌들에 잘못된 정보가 제시 돼 왔다는 것도 이러한 문제들을 해결하는 장애가 되어 왔다. 이 연구에서는 전자석 관련 실험수업에서 발생하는 문제들의 원인을 실험적으로 밝히고, 전자석 관련 실험수업을 효과적으로 운영하 기 위한 새로운 전자석을 개발하였다. 이 연구의 결론은 다음과 같다. 첫째, 전자석 관련 실험수업에서 발생하는 문제들에 대한 주된 원인은 전자석 의 전기회로를 구성하는 전구에 있었다. 전구의 저항 크기가 전자석의 전기회로 의 전력원인 전지의 기전력의 크기에 비하여 너무 크기 때문에 전자석의 전기회 로에 흐르는 전류의 크기가 너무 작다는 것이다. 이러한 너무 작은 전류는 전지 를 직렬연결하거나 고리전선 수를 증가시켜도 충분히 큰 전자석의 자기장을 유 도할 수 있을 만큼 충분히 증가하지 못하여 전자석이 클립을 붙여 올릴 만큼 충 분한 자기력이 발생하지 못하는 원인으로 분석되었다. 둘째, 이 연구에서 개발된 새로운 전자석의 전자기적 특성이 과학적 개념과 법 칙에 잘 부합되며, 학생들이 짧은 시간 동안 쉽게 전자석을 만들 수 있을 뿐만 아니라 분해할 수 있다. 셋째, 전자석의 자기장은 고리전선에 흐르는 전류와 고리전선 수에 비례하여 증가하였고, 전자석의 자기력은 고리전선에 흐르는 전류의 제곱, 고리전선 수의 제곱에 비례하였으며, 철심의 단면적에 비례했다. 이러한 결과는 최근 전자석의 자기력에 대한 이론적 연구결과와 잘 부합됨을 확인할 수 있었다.

In spite of the several revisions of the elementary science curriculum since the the introduction of the elementary science curriculum, the researches that some problems have occurred in the science classes related to electromagnets have been reported continuously. The problems that the students have difficulty and spend a lot of time in making the electromagnet have caused some trouble in the class operation. And the results of the experiments about the magnetic force of the electromagnet don't turn out as predicted theoretically. In addition, it has no experimental information about the experiments related to electromagne and it is given the wrong information in the teacher's instructions and some study. In this study, the causes of there problems were discovered through an experimental analysis of the experiments in science classes related to electromagnets. And we developed a new electromagnetic to effectively operate the science classes related to electromagnet. The results works as follows. First, the main cause of the problems occurring in the related electromagnet experiment class was in the bulbs that make up the electric circuit of the electromagnet. because that the magnitude of the resistance of the bulb is too large compared to the size of the electromotive force of the battery of the electric circuit of the electromagnet, the current in the electric circuit of the electromagnet is too small. This very small current never becomes large enough for the electromagnet to produce a sufficient magnetic field, not even when the number of batteries in connected in series or the number of loop electric wires is increased. As a result, it does not raise sufficient magnetic force might lift a clip on the electromagnet. Second, a characteristic of the new electromagnet developed in this study showed that well suited to scientific concepts and laws of magnetic force of the electromagnet. And students can be decomposed not only easy to make the electromagnet for a short time. Third, magnetic field of the new electromagnet is increased in proportion to the current flowing through the wire and the number of loop electric wires. The magnetic force of the new electromagnet was proportional to the square of he current flowing through the wire and the current flowing through the wire. And the magnetic force of the new electromagnet was proportional to the cross- sectional area of the iron core. These results were consistent with theoretical studies on the magnetic force of the electromagnet recently.