열화상 카메라로 분석한 알루미늄 포일 저항의 발열
Visualization and Analysis of Joule Heating of Aluminum Foil Resistors
0
조회
0
다운로드
2
인용
0
참고문헌
키워드
초록
열이나 소리처럼 보이지 않는 현상을 눈으로 볼 수 있게 가시화하면 그와 관련된 과학적 개념을 효과적으로 전달하는데 도움이 된다. 이 연구에서는 열화상 카메라로 전류가 흐르는 알루미늄 포일에 발생하는 열을 관찰하고 정량적으로 분석했다. 알루미늄 포일은 가위로 잘라서 저항으로 이용할 수 있으며 폭이 넓어서 온도 분포 사진을 얻는데 좋다. 정량적인 분석을 위해 포일의 너비와 전류에 따른 온도를 쟀으며, 전류에 의한 발열과 포일에서 공기 중으로 열전달을 고려한 방정식의 풀이와 실험에서 얻은 값들이 일치하는 결과를 얻었다. 이 연구는 열화상 카메라가 온도계로서 기능 뿐 아니라 물체의 온도 분포를 눈에 보이는 영상으로 바꾸어서 열 현상의 물리적 개념을 이해하는데 도움을 주는 학습 도구로도 중요한 역할을 할 수 있음을 보여준다. 다시 말해, 열화상 카메라는 열 현상 학습에서 학생들에게 흥미와 함께 물리적 개념의 이해에도 효과적으로 도움을 줄 수 있다.
Abstract
Visualization is an effective way of conveying physical concepts of invisible phenomena. One of the important and invisible phenomena is the heating of resistors in the electrical circuits. Since the heat is invisible, it is difficult to relate the formula to the actual power dissipation. To help students’ understanding, we took thermal images of resistors while passing current through them. We analyzed from the thermal images the temperature increase before reaching the equilibrium by using a heat dissipation theory including the convection loss. Resistance depends on the length and cross section of the material. To demonstrate this, we cut an aluminum foil in various shapes to make resistance of different values. The thermal images taken from the aluminum foil resistors successfully revealed how the resistance is related to the shape of the material. Our work serves as an example of how visualization can draw students’ interests into invisible phenomena and enhance their understanding of the underlying physics.
참고문헌 (11)
- 교육과학기술부, "2009 개정 교육과정-과학과 교육과정", 교육과학기술부 고시 제2009-41호, ~ (2009)
- 고인화, "7차 교육과정 중학교 3학년 과학교과의 실험 문제점 분석 및 개선 : 전류의 열작용 단원을 중심으로", 석사, 물리교육전공, pp.2012
- 권재술, "대학생들의 물리 개념 오인에 관한 연구", 과학교육논문집, 1(1), pp.18~33 (1991)
- 옥준석, "열화상 카메라를 이용한 물의 상태 변화에서 온도 변화의 시각화", 현장과학교육, 8(3), pp.216~221 (2014), 한국현장과학교육학회
- 이해동, "적외선 열화상 카메라를 이용한 열 측정 이론", 소음 진동, 17(3), pp.31~34 (2007)
- 정용택, "적외선 센서의 최신 기술동향: 눈에 보이지 않는세상으로의 초대" (2014), 홍릉과학출판사
- Incropera FP, "열전달" (2013), 텍스트북스
- Montalbano V, "Seeing and interacting with the invisible:A powerful tool for the learning of science", The 10th Conference of the European Science Education Research Association (2013)
- Vollmer M, "적외선 열화상 분석기술:기초, 연구 및 다양한 응용분야" (2010), 홍릉과학출판사
- Vollmer M, "Infrared thermal imaging as a tool in university physics education", Eur. J. Phys, 28, pp.S37~S50 (2007)
- Vollmer M, "There is more to see than eyes can detect", The Physics Teacher, 39, pp.371~376 (2001)