에너지 기후변화 관련자료

환경교실 – 에너지 만들기

에너지 만들기

목표
떨어지는 물로 전기를 만들 수 있다.

①물레방아 날개를 만들어 모터에 끼운다.
·바람개비를 그대로 이용하는 것보다 편편한 아크릴 판(또는 책받침을 잘
라 몇 겹을 붙여서 사용해도 됨)을
십자 모양으로 붙여서 떨어지는 물을 잘 받을 수 있도록 만들어 사용하거
나 바람개비에 편편한 아크릴 판을
덧붙여 이용하는 것이 더 좋다.
·물레방아 날개가 모터에 끼워져서 고정되는 것이 아니라면 접착제로 고정
시킨다.

②떨어지는 물에 의해 물레방아 날개가 도는 속도를 관찰한다.
·활동 장소에 수도 시설이 갖추어져 있으면 수도 호스를 바로 연결하여 이
용하면 된다. 그러나 수도 시설이
갖추어져 있지 않는 곳이라면 주전자나 물통에 물을 따로 준비하여 사용한
다.
③ 모터에 검류계나 발광 다이오드를 연결하여 관찰한다.
-·검류계는 아주 적은 전류나 전압 또는 전기량을 측정하는 계기임을 설명
한다.
·-물을 떨어뜨릴 때 활동 장소가 물바다가 되지 않도록 미리 큰 수조나 대
야를 준비 하는 것이 좋다.
·-떨어지는 물에 의해 만들어지는 전기는 검류계로는 확인이 가능하다. 그
러나 그 때 만들어지는 전기로는
발광 다이오드 불을 켤 수가 없다. 일반 발광다이오드는 1.5V 이상에서 불
이 켜지기 때문이다.
·-학생들에게 전기를 만드는 일이 쉬운 일이 아니며 많은 노력이 필요함
을 깨닫고 에너지를 아껴 쓰는 마음을
가지도록 한다.

도움말
1. 발전기와 전동기 : 발전기의원리는 전동기에서의 입력과 출력의 역할이
반대일 뿐 전동기 원리와 같다.
그림은 간단한 발전기의 원리를 나타낸 것이다. 본 활동에서는 자석과 회전
고리(코일)을 만드는 대신 모터를
이용하여 활동 과정을 간단히 하였다. 발전기의 경우에는 역학적 에너지를
입력하여 전기 에너지를 얻는 것이다.
두 장치 모두 단지 한 형태의 에너지를 다른 형태의 에너지를 바꾸는 기기
이다.

2. 발전의 종류 : 전기는 생산할 때 어떤 에너지를 이용하는가에 따라 크
게 수력·화력 및 원자력 발전
등으로 구분할 수 있다. 수력 발전은 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 내려
오면서 수차를 돌리고 거기에 연결되어
있는 발전기에서 전기를 얻는 방식이다.
수력 발전의 일종으로 양수 발전이 있는데, 이 방식은 높은 곳과 낮은 곳
에 각각 저수지를 만들고, 전력
사용이 적은 밤에 남는 전기를 이용하여 낮은 곳의 물을 높은 곳에 퍼 올
려 저장하였다가 전력 소비가 가장
많은 시간대에 발전하는 방식이다.
화력 발전이나 원자력 발전은 모두 증기의 힘으로 터빈을 돌려 발전을 한
다. 이 때 화력 발전은 석유나 석탄
등을 연료로 사용하여 증기를 만들고, 원자력 발전은 우라늄을 핵분열 시
켜 발생하는 열로 증기를 만든다.
그 밖에도 밀물과 썰물에 의한 간만의 차를 이용하여 발전하는 방식인 조
력 발전과 태양 에너지를 이용하여
전기를 얻는 방식인 태양광 발전 및 태양열 발전이 있다. 또한 바람의 힘으
로 풍차를 돌려 전기를 얻는 풍력
발전도 있다.

3. 수력발전 : 물의 위치에너지와 운동에너지를 이용해서 전기를 얻는 발
전방식으로 하천에서 수력을 얻으려면
물의 낙차를 이용해야 한다. 일반적으로 상류는 경사가 급하나 물의 양이
적고, 하류는 경사가 완만하지만
물의 양이 많다. 개발지점의 지형에 따라서 가장 경제적이고 효과적으로 에
너지를 얻는 방법을 생각하여 만들게
된다.
낙차를 얻는 방법으로는 2개의 접근한 하천이 있을 경우에 그 고저차를 이
용해서 높은 쪽 하천의 수량의 일부를
낮은 하천으로 끌어들이는 유역변경식이나, 같은 하천이라도 굴곡되어 있
는 기점을 선정하여 비교적 단거리에서
낙차를 얻는 방법이 있는데, 댐을 건설해서 하천의 적당한 곳을 가로막아
수위를 높여서 낙차를 얻는 방법이
많이 사용되고 있다. 주로 자연낙차 ·자연유량을 이용하는 방식을 수로식
발전이라고 하는데, 그 발전량은
계절과 강우량의 영향을 많이 받는다. 그러나 댐식은 그 영향이 적다.

4. 물레방아 : 물이 떨어지는 힘을 이용하여 곡식을 찧도록 만든 방아이
다. 큰 나무바퀴와 굴대에 공이를
장치하여 쏟아지는 물이 나무바퀴를 돌리면 굴대에 꿰어진 넓적한 나무가
방아채의 한 끝을 눌러 번쩍 들어
올렸다가 떨어뜨리면 그 끝의 공이가 확 속의 곡식을 찧도록 되어 있다. 방
아채와 공이의 동작이 자동으로
되기 때문에 사람이 없이도 찧을 수 있는 도구이다.

목표
입바람을 이용하여 발광 다이오드의 불을 켤 수 있다.

① 솔레노이드에 흐르는 전류를 확인한다.
·원통형으로 길게 도선이 코일 형태로 감겨져 있는 것을 솔레노이드라고
한다는 것을 소개한다.
·솔레노이드는 코일이 몇 백 번 정도 밖에 감겨져 있지 않기 때문에 만들
어지는 유도 전류가 약하다. 그러므로
솔레노이드를 이용하여 검류계 눈금의 변화는 관찰할 수 있지만 발광 다이
오드를 작동시키지는 못한다.

② 전자석에 흐르는 전류를 확인한다.
·긴 못에 에나멜선을 감는 과정에서는 모둠별 학생들이 번갈아 가면서 협
동하여 코일을 감을 수 있도록 한다.
·감는 횟수를 정확하게 셀 필요는 없지만 대략적으로 세어서 모둠별로 감
은 횟수를 달리하여 나타나는 결과를
비교해 보는 것도 좋다.
·전자석을 스티로폼에 고정시킬 때 빠지지 않도록 주의하여 잘 고정시킨
다. 나무판을 이용하면 더욱 안정적이다.

③ 발광 다이오드의 작동 여부를 확인한다.
·볼트에 연결되는 에나멜선 부분을 사포로 문지르지 않으면 전류가 흐르
지 않으므로 실험 결과가 잘 나오지
않는 경우에는 확인해 보도록 한다.
·발광 다이오드를 너트 사이에 끼울 때 꽉 조을 수 있도록 한다.
·얇은 금속봉으로는 빨대 굵기보다 얇은 알루미늄 관을 이용하면 된
다.
·바람개비의 날개는 약 5∼7cm의 길이가 적당하다.
·빨대를 붙일 때 일반 접착제나 실리콘 본드를 사용하는 것보다 엑포시본
드를 사용하는 것이 좋다.
·학생들에게 세게 부는 연습을 시킨 후 번갈아 가면서 입바람으로 바람개
비를 돌려보도록 한다.
·발광 다이오드에 불이 켜져 있는 시간 길지 않으므로 주의 깊게 관찰할
수 있도록 한다.

도움말
1. 풍차 : 바람의 힘을 이용해서 동력을 얻는 기계로 보통은 탑 위
에 여러 장의 날개를 장치한
바퀴가 있으며, 바람이 부는 방향에 직각으로 회전한다. 예로부터 터키(페
르시아) 등에서 제작되어 낮은 곳에
있는 물을 퍼올리는 데 사용되었다. 11세기경부터 유럽에 전해져, 국토가
해면보다 낮아 배수가 필요한 네덜란드에서
발달하였다. 수차의 발달에 이어 19세기에 증기기관이 제작되어 풍차는 점
점 쓰이지 않게 되어 오늘날 원동기로서는
거의 쓰이지 않으나, 간혹 벽지 ·등대 등의 풍력발전·양수에 사용되기도
한다.

2. 전자석 : 전류에 의해 자기화되고, 전류를 끊으면 자기화하지 않은 원
래의 상태로 돌아가는 자석을
말한다. 가장 간단한 것은 큰 원통 모양의 철심에 코일을 감아서 만든 솔레
노이드이다. 철심이 없어도 전류가
지나는 코일은 원래 자석과 동등한 자기장을 가지지만, 그 속에 철심을 넣
으면 철이 강력하게 자기화되고,
그것으로 인한 자기장이 가해져서 한층 강력한 자석이 된다. 전자석은 영구
자석으로는 얻기 힘든 강력한 자기장을
얻을 수 있으며, 또 전류를 조정함으로써 자기장의 세기를 바꿀 수 있다는
이점이 있다.

3. 실험 과정의 비교 : ‘과정 하나, 둘’에서는 자석을 가까이 가져갔다 멀
리 했다 하며 자기력선을
변화시켜 유도전류를 만들었다. 그러나 ‘과정 셋’에서는 바람개비에 네오디
뮴(neodyminium) 자석을
연결하여 입 바람으로 바람개비를 돌리면 자석이 회전하면서 자속이 변화되
어 유도 전류가 만들어진다. 이 때
만들어진 유도 전류가 흘러 발광 다이오드를 작동시키게 되는 것이다.

4. 전자기 유도 : Faraday와 Henry는 코일에 자석을 단순히 넣었다 뺐다함
으로서 도선에 전류가
흐를 수 있다는 사실을 발견하였다. 건전지나 다른 전원장치가 필요없이 단
지 도선 고리에 대한 자석의 운동
뿐이였다. 그들은 도선과 자기장 사이의 상대적 운동으로 전압이 유도된다
는 것을 발견한 것이다. 자석의 자기장이
고정되어 있는 도체 가까이서 운동을 하거나 고정된 자기장내에서 도체가
운동을 하면 전압이 유도된다.
자기장내에서 움직이는 고리 도선의 수가 많으면 많을수록 보다 큰 전압이
유도된다. 감긴 도선의 수가 두
배인 고리 도선에 자석을 밀어넣을 때 유도되는 전압은 두 배가 된다. 도선
의 수가 10배이면 전압이 10배가
된다. 유도 전압의 크기는 얼마나 빨리 자기력선이 코일에 들어가고 났는지
에 의존한다. 매우 느리게 운동하면
전압이 거의 유도되지 않는다. 빠른 운동은 큰 전압을 유도한다. 이와 같
이 코일 내의 자기장을 변화시켜
전압이 유도되는 현상을 ‘전자기 유도’라고 한다.

목표
태양열을 이용하여 바람개비를 돌릴 수 있다.

탐구 활동 및 결과
① 바람개비 만들기
·둥글게 자른 얇은 종이나 얇은 은박지의 중심을 찾아 균형을 잡는 것이
중요하므로 학생들을 주의시킨다.
·얇은 종이나 은박지 등 바람개비의 재질에는 큰 관계가 없으나 바람개비
가 가벼울수록 좋다.

② 태양열 흡수 장치 만들기
·태양열을 잘 흡수하도록 하기 위해 검은 도화지를 사용하여 공간을 만들
어 주는 것이므로 검은 도화지로 만들어
주는 모양은 삼각뿔, 원뿔, 사각뿔 등으로 만들어도 된다.
·삼각뿔 아래 흡집을 내어 주는 것은 공기의 이동을 위해서이므로 모양을
둥글게 하여도 된다.

③ 받침대 만들기
·수수깡을 자르고 바늘이나 핀을 꽂을 때 학생들이 다치지 않도록 주의시
킨다.
·핀의 뾰족한 부분이 바람개비에 닿게 하면 바람개비를 더 쉽게 움직일
수 있다.
·바람개비가 움직일 때 마찰이 작게 하는 것이 중요하다.

④ 바람개비 통 만들기
·페트병 바닥을 자를 때 다치지 않도록 주의시킨다. 먼저 구멍을 낸 다음
가위로 자르는 것이 안전하다.
·페트병도 공기의 이동을 위해 칼집을 내는 것이므로 모양은 무관하
다.

⑤ 태양열 바람개비 장치 완성하기
·햇볕이 잘 드는 창가나 빛을 강한 백열등을 사용하면 실험 결과를 더 빨
리 얻을 수 있다.

자료제공 : 환경교육센터

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