무선 온도 센서를 활용한 샤를 법칙 실험 개선
Improving Charles’ Law Experiment Using Wireless Temperature Sensor
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초록
본 연구에서는 기체의 온도 변화에 따른 부피 변화를 측정하는 샤를 법칙 실험에서 기체 온도를 직접 측정하는 방법을 제안한다. 이를 위해 우선, 샤를 법칙 관련 선행 연구를 분석하였다. 이를 기반으로 무선 온도 센서를 활용하여 기체 온도를 직접 측정할 수 있는 샤를 법칙 실험 장치를 구성하고 실험을 수행하였다. 무선 온도 센서를 활용하여 기체 온도를 직접 측정한 결과는 기존의 실험방법인 기체 부피 측정 도구를 담그는 물의 온도를 측정한 값과 비교 분석하였다. 실험 결과 기체 온도를 직접 측정하였을 때의 측정값이 물의 온도를 통해 간접 측정하였을 때 보다 낮은 값을 나타내었다. 개선한 실험방법의 유효성을 과학적 해석으로 검증한 결과로부터 기체 온도를 물의 온도를 통해 간접적으로 측정한 기존의 여러 실험방법이 계통 오차를 가지고 있음을 알 수 있었다. 데이터를 기반으로 한 과학 탐구가 강조되고 있는 교육 정책의 변화 속에서 샤를 법칙 실험에 대한 보다 정확한 데이터를 학생들에게 제공 가능한 실험방법을 제안했다는 측면에서 본 연구의 의의를 찾을 수 있다.
Abstract
The purpose of this study is to propose a method to directly measure the gas temperature in Charles' law experiment which measures the volume change according to the temperature change of the gas. For this purpose, the preceding studies related to Charles' law were analyzed first. Based on this Charles' law experimental device that can directly measure the gas temperature using a wireless temperature sensor was constructed and the experiment was performed. The result of directly measuring the gas temperature using the wireless temperature sensor was compared and analyzed with the measured value of the temperature of the water immersed in the gas volume measurement tool which is the existing experimental method. As a result of the experiment, the measured value when the gas temperature was directly measured was lower than that when the measured value was indirectly measured through the water temperature. From the result of verifying the effectiveness of the improved experimental method through scientific interpretations, it was found that several existing experimental methods that indirectly measured the gas temperature through the temperature of the water had systematic errors. The significance of this study can be found in that it suggests an experimental method that can provide students with more accurate data about Charles' law experiment amid changes in educational policy that emphasizes data-based scientific inquiry.
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