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전구에서 빛이 나는 이유는 무엇일까요?
조회 12,175 2014.12.23 신고

탐구 목표

전구의 구조와 연필심 필라멘트 전구 실험을 통하여 

전구에서 빛이 나는 이유를 안다.

 

탐구 레벨

중3

 

탐구 요약

전구의 구조를 알아봄으로서 회로에 전구를 연결했을 때 전구 내부에서의 전류의 흐름을 알고 필라멘트의 역할을 통해 전류의 열작용에 대해 생각해 보는 계기를 갖는다. 

연필심 필라멘트 전구 실험을 통해 최초의 전구도 수많은 시행착오를 통해 발명되었으며 지금의 전구는 오랫동안 빛을 낼 수 있도록 발전되어 온 결과라는 것을 알고 과학에서의 시행착오와 끊임없는 노력의 필요성을 인식하는 계기를 갖는다.


준비물

- 집게전선 3개, 연필심(0.5mm 샤프심), 건전지(6V용)2개, 1.5V 건전지 2개(소켓포함). 초시계, 플라스틱 통, 드라이아이스


전구에서 빛이 나는 이유는 무엇일까요?

옛날 사람들은 해가 져서 어두운 밤에는 무엇을 할 수 있었을까요?
아마 할 수 있는 것이라곤 작은 등불을 켜고 책을 보거나 일찍 잠을 자는 것이 전부였을 것이에요. 하지만 지금의 우리들은 해가 진 밤에도 낮에 할 수 있는 모든 일들을 할 수 있어요.
밤에도 조깅과 하이킹을 할 수 있구요. 책을 볼 수도 있어요. 심지어 농구처럼 공을 가지고 하는 구기운동도 별다른 불편함 없이 즐길 수 있는데 바로 전구 때문이랍니다. 전구는 어떻게 해서 빛을 내는 것일까요? 


전구의 구조

전구의 구조에 대해 알아봅시다. 포스트잇을 눌러보세요.
전구를 구성하는 부분의 이름을 탐구노트에 적어봅시다.
각 부분은 무슨 역할을 할까요? 각 부분이 하는 역할에 대해 자신의 생각을 탐구 노트에 적어봅시다.


필라멘트의 구조와 전구 속 주입가스

전구에 전류가 흐르자 필라멘트가 밝은 빛을 내기 시작해요.
밝은 빛을 내는 필라멘트는 어떻게 생겼을까요? 전구의 필라멘트는 이중코일형태로 복잡하게 꼬여있어요. 보이지는 않지만, 유리구 안에는 질소가스 또는 아르곤가스가 가득 채워져 있답니다. 필라멘트가 방출하는 열에 의해 주입되어 있던 가스는 위로 올라갔다 아래로 내려오는 순환을 반복한답니다.


회로에 연결해서 전구 불 켜고 관찰하기

이제 회로를 만들어 전구가 빛을 낼 때의 모습을 관찰해 봅시다.
6V 건전지, 스위치, 전구소켓, 집게전선 3개가 준비되어 있어요. 이 준비물들로 간단한 직렬 회로를 만들려면 어떻게 해야할까요? 이것과 같은 회로가 되겠죠? 전구 소켓에 전구를 꽂고 스위치를 닫아 전구에서 빛이 나게 해 보아요. 하얀 빛을 내고 있는 전구 속 필라멘트를 관찰해 보세요.
필라멘트에서 밝게 빛이 나는 이유는 무엇인가요? 전구의 꼭지와 꼭지쇠에 그림처럼 각각 전선이 연결되어 있어요. 전류는 어떻게 흐를까요? 바로 그림처럼 흐른답니다. 물론 전지의 극이 반대로 연결되면, 전류의 방향도 반대로 흐르죠.


물체의 온도에 따른 빛의 색 알아보기

금속을 아주 세게 불로 달구면 금속도 빛을 내요. 전구의 필라멘트도 같은 원리로 빛을 내는 것이에요. 모든 물체는 자신의 온도에 해당하는 복사에너지를 방출해요. 온도가 너무 낮은 물체가 방출하는 빛은 우리 눈이 인식을 하지 못할 뿐이에요. 물체의 온도와 그에 해당하는 빛의 색을 조사해보세요.


최초의 전구는?

사진은 최초의 전구 모습이에요. 최초의 전구는 누가 언제 만들었나요?
사진은 최초의 전구에 사용된 필라멘트에요. 소재는 무엇일까요?
사진은 지금의 전구에 사용되는 필라멘트에요. 소재는 무엇이며, 언제부터 사용되어 왔나요? 



연필심으로 빛을 낼 수 있을까?

에디슨이 최초의 필라멘트로 사용한 태운 대나무와 비슷한 성분의 연필심을 가지고 필라멘트를 만들어보아요. 과연 연필심이 빛을 낼 수 있을까요? 먼저 준비물을 살펴보아요. 연필심의 양쪽을 전선의 집개로 부러지지 않도록 조심스럽게 잡아요. 연필심이 달린 전선에 1.5V 건전지 한 개를 연결해 보아요. 전지를 여러개 이용해서 3V, 6V, 12V로 만들어 연필심이 달린 전선과 연결해보아요. 초시계를 이용해 연필심이 끊어질때까지의 시간을 측정하여 기록해보세요.


연필심은 왜 끊어질까?

연필심이 끊어지는데 걸리는 시간이 조금씩 차이가 있지만, 전류가 흐르면서 빨개지면 금방 끊어지는 것을 알 수 있어요. 연필심은 왜 금방 끊어지는 것일까요?


연필심 필라멘트 오랫동안 불 밝히기

연필심 필라멘트가 끊어지지 않고, 오랫동안 빛을 내게 할 수 없을까요? 물론 있답니다.
연필심 필라멘트는 공기 중의 산소와 만나 쉽게 타버리는데 공기를 없애 진공상태를 만들면 좀 더 오래 타게할 수 있어요.
함께 실험해 볼까요? 먼저 준비물을 살펴보아요. 플라스틱 통 뚜껑에 구멍을 뚫어 집게 전선을 넣어요.
집게 전선에 연필심을 끼우고 플라스틱 통에 드라이아이스를 넣어 공기가 모두 빠져나오게 해요.
플라스틱 통에 뚜껑을 덮은 다음 조금 기다린 후, 다음과 같이 회로를 만들고 스위치를 닫아보세요.
전지를 여러개 이용해서 3V, 6V,12V를 만들어 연필심이 달린 전선과 연결해보아요.
초시계를 이용해 연필심이 끊어질때 까지의 시간을 측정하여 기록해 보세요.



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