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  1. 2011.10.30 WISE 10월 실험 교실 - 광섬유 램프
  2. 2011.10.03 WISE 9월 실험 교실 - 나일론 합성 2


안녕하세요! :)
과학하는 소녀 곰지입니다.

10월 26일까지가 시험기간이었던지라 (ㅠ_ㅠ)
아직도 폭풍같이 많은 실험보고서와 퀴즈가 남아있긴 하지만
주말을 이용해서 미뤘던..포스팅을!


이번 실험은 <광섬유 램프>입니다.
처음에 WISE 실험교실 멘토 워크샵 할 때 가장 재미없어 보였던 (;;) 실험 주제였죠.
10월 1일에 대전여자중학교에서 실험이 진행되었는데요 =)
학생들도 시험기간 직전인지라 매우 피곤해보여서 안쓰러웠다는..


그럼 바로 실험 설명 들어갑니다잉!

* 학습 목표: 여러 색깔로 빛을 내는 광섬유램프를 만들어보고, 광섬유에 대해 알아봅니다.

* 생각해 보기

빛은 반사, 굴절, 산란 등 여러 가지 성질을 가지고 있습니다. 빛의 여러 가지 성질 중 반사의 종류에는 어떠한 것이 있을까요?

<반사의 종류>
- 정반사: 거울과 같이 매끄러운 표면에서 빛이 일정하게 반사하는 것
- 난반사: 종이와 같이 표면이 울퉁불퉁해 반사된 빛이 여러 방향으로 흩어지는 것
- 전반사: 빛이 다른 물질로 진행할 때 굴절되지 않고 100% 반사되는 현상

준비물
광섬유 1m 3개, 램프케이스 1개, 전지 끼우개 1개, 건전지 2개, 스위치 1개, 커넥터 2개
3색 LED 1개, 5 cm 길이로 자른 빨대 1개, 전선 연결 탭 3개(전선과 전선을 이을 때 사용), 가위, 송곳



실험 과정


1. 램프케이스 뚜껑에 빨대가 들어갈 만큼의 구멍을 낸 후 빨대를 넣습니다. 앞쪽에 스위치를 끼워 넣습니다.
(※ 램프케이스에 구멍을 뚫을 때 너무 크게 하면 빨대가 빠질 수 있습니다. 스위치를 끼울 때 힘을 주어 누르면 , 구멍을 뚫지 않아도 들어갑니다.)


2. 3색 LED의 다리가 긴 쪽(+극)을 커넥터의 빨간색전선이 달린 구멍에 끼워 넣습니다.


3. 건전지 끼우개에 건전지를 넣은 후 빨간색 전선을, 2번에서 만든 LED가 끼워진 커넥터의 빨간색전선과 연결합니다.


4. (LED가 끼워진 커넥터의 검은색 전선+ 또 다른 두 번째 커넥터의 검은색 전선) 연결 하고
(두 번째 커넥터의 빨간색 전선+ 건전지 끼우개의 검은색 전선)을 연결합니다.

5. 전선연결 부위를 절연테이프로 감싼 후 램프케이스 안에 넣습니다. 빨대에 LED를 끼웁니다.


6. 램프케이스 뚜껑의 스위치와 커넥터를 연결 한 후 뚜껑을 닿고, 빨대 안쪽에 광섬유를 잘라 넣은 후 스위치를 켜봅니다.
(※ 광섬유를 자를 때는 깨끗이 잘라 단면이 울퉁불퉁하지 않아야 빛이 잘 보입니다.)

아참!
가위나 송곳 사용 시 안전에 꼭 유의하시구요 :)


실험 과정이 쉬워보여도 은근히 어려워서
30~40분 쯤 후에 처음으로 완성항 학생 등장!

 



불빛 변화가 순간적이라 사진으로 찍을 수는 없었지만 (동영상이 있었으면 좋았을텐데ㅠㅠ)
대부분의 학생이 광섬유를 다 만들고 난 뒤 불을 끄고 촬영 해 보았습니다.



색이 모두 다른게 진짜 분수처럼 빛이 나오는 것 같아 정말 예뻤어요^0^.

담당하셨던 과학 선생님께서는 시간에 구애받지 말고 일찍 끝내도 된다고 하셨지만..
중학교까지 찾아가서 딱 실험 매뉴얼대로 실험만 마치고 나올 순 없었기에ㅎㅎ
학생들에게 남은 재료(광섬유, 전지) 등을 나누어 주며 창의적인 발상을 해보도록 하는 시간을 가졌습니다.

그리하여 만들어진 것이 바로 이 작품(?)들!


총 3개의 작품(?)을 뽑았는데,

가장 앞쪽에 있는 학생의 광섬유 램프는
원래 광섬유 자체의 성질상 한 쪽 끝에서 빛을 받으면 그 빛이 섬유를 통하여 다른쪽 끝에서만 점의 형태로 나타나는데
섬유 중간중간에서 빛이 나고 있네요.

학생은 빛이 새어나올 수 있도록 섬유의 중간에 가위로  내어 아름다운 작품을 만들고자 하였다고...ㅋㅋ

두번째 작품은 두 개의 전지를 직렬연결하여 두 개의 LED에서 빛이 나오도록 하는 것이었고
세번째는 전지에 두 개의 LED를 병렬연결하는 방법이었죠.

실제로 1개의 전지에 직렬로 두 개의 LED를 연결하는 경우에는 전압이 약해서인지 빛이 희미하게만 보였어요 (ㅜㅜ)

학생들의 창의적인(?) 발상에 무지무지 놀랐다는!ㅎㅎ



실험을 정리하고 학생들과 결과에 대해서 생각해 보는 시간에 학생들이 잘 집중해주었어요 :)

<실험 결과 및 정리>
광섬유의 어느 쪽에서 빛이 보였나요?
- 3색 LED가 끼워져 있는 반대쪽 끝에서 빛이 보인다.

위 실험에서 광섬유의 빛이 그렇게 보인 이유는 무엇일까요? 광섬유의 구조와 빛의 성질을 함께 생각해 보고 간단히 적어보세요.
- 광섬유는 고순도의 유리 섬유를 플라스틱으로 코팅한 것
- 빛이 전파되는 유리 섬유 부분 (코어, 높은 굴절률) + 보호해주는 유리섬유 (클래딩, 낮은 굴절률)
- 빛이 높은 굴절률 -> 낮은 굴절률로 진행할 때 전반사가 일어남

광섬유의 특징을 나타내는 전반사란 무엇일까요?
- 전반사란 빛이 굴절률이 큰 물질에서 작은 물질로 입사할 때 입사각이 특정 각도 이상이면 그 경계면에서 빛이 전부 반사되어 굴절광선이 존재하지 않게 되는 현상
- 임계각: 전반사가 일어날 수 있는 최소의 각


오래간만에 물리와 빛의 성질에 대해서 공부?ㅋㅋ해 볼 수 있었던 좋은 기회였습니다 :0
이것이 저에게 배정된 올해 마지막 실험이라는 게 아쉽네요.. ㅠ-ㅠ


다음에는 더 재미있고 알찬 실험으로 찾아뵐께요!

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WISE 9월 실험 교실 - 나일론 합성  (2) 2011.10.03
Posted by 곰지하
안녕하세요.
과학하는 소녀, 곰지입니다 =)

오늘 포스팅 할 내용은..
WISE 과학교실 프로그램 9월 나일론 합성 실험입니다.
(흑흑 9월 실험을 이제서야 포스팅 하다니)

일단 WISE가 뭐냐고요?
WISE는 Women into Science and Engineering의 약자로
이공계 여성들의 인적네트워크 형성과 서로의 발전을 위한 교육과학기술부 산하 정부 단체입니다.
지금은 여기에 Technology까지 합쳐져 WISET으로 정식 명칭이 변경 되었구요.
(하지만 실험교실 등등은 그냥 WISE 명칭을 쓰고 있네요.)

여튼!
과학하는 소녀(ㅋㅋ) 답게 저는 KAIST-WISE 지부에서 활동하고 있습니다.
(현재는 동아리로도 등록되어 있고요.)
주 활동은 교내 교수님-학생들간의 멘토링 활동과, WISE 전국센터에서 관여하는 멘토링 펠로우
그리고 한달에 2번 정도 씩 중, 고등학교를 방문하여 계발활동(CA) 실험 수업을 진행하죠.

2학기에는 9, 10, 11월에 실험이 진행되는데, 9월의 실험 주제는 나일론 합성실험입니다.
화학과에 재학중인 저로서는 재미있는 실험이 아닐 수 없었죠.
헥사메틸렌디아민과.. 아디프산.. 계면중합.. 허허허 ^0^

그리하여 9월 17일 찾아가게 된 곳은, 바로 논산 쎈뽈여고 입니다.
대전에서 논산까지 가야한다니 ㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠ
시외버스터미널에서 버스로 50분정도 걸리는 곳이었죠.


바로 이 곳! 여중, 여고가 붙어있는 곳이었는데.. 시골마을 분위기가 나면서 괜히 저 중학교 때 생각이 나더군요.

4층 과학실로 찾아가서 아이들과 인사하고 간단하게 WISE 소개와 KAIST 소개를 한 후 바로 실험 진행! :)
일단 원리부터 알아볼까요?

* 고분자
- 고분자는 물질의 가장 기본적인 단위인 원자가 수십만 또는 수백만 개 이상 결합하여 만들어진 거대한 분자를 뜻합니다. 고분자에는 천연고분자와 합성고분자가 있습니다. 녹말과 셀룰로오스, 단백질처럼 천연적으로 만들어진 것을 천연고분자라하고, 나일론이나 폴리우레탄, 폴리에틸렌처럼 인공적으로 만든 것을 합성고분자라 합니다.

* 나일론 합성의 원리
- 헥사메틸렌디아민은 물과 섞이는 용매[극성]에, 염화아디포일은 물과 섞이지 않는 용매[무극성]에 녹여 접촉시킴으로써, 두 용액의 경계면에서 중합반응[간단한 작은 분자를 이용하여 거대한 크기의 분자를 만드는 반응]이 일어나게 됩니다. 이러한 중합반응을 계면중합이라고 하며, 이 경계면에서 생긴 중합체(나일론)의 필름을 집게로 집어 올리면 필름이 제거됨과 동시에 그 자리에 새로운 중합체가 계속 생성되게 되는 연속반응으로 인하여 끈이나 실 모양의 고분자 중합체를 만들 수 있습니다. 또한, 섞이지 않는 두 용액은 혼합기를 사용하여 세게 흔들어주면, 두 면의 접촉면이 넓게 되어 짧은 시간에 많은 중합체를 얻을 수 있습니다.
 
* 극성과 무극성
- 극성이란 물질 속의 전자가 한 쪽으로 치우쳐 전기적인 성질을 띠는 것[물, 에탄올, 메탄올 등]을 말하고, 무극성이란 전자가 어느 한 쪽으로도 치우치지 않아 전기적인 성질을 띠지 않는 것[사염화탄소, 벤젠]을 말합니다. 극성과 무극성은 서로 섞였을 때 성질이 비슷한 것끼리 섞이려고 하는 성질을 가지고 있습니다. 즉, 극성은 극성끼리, 무극성은 무극성끼리 섞입니다.


<실험 준비물>

염화아디포일, 디클로로메탄, 헥사메틸렌디아민용액, 유리 용기 1개, 스포이드 2개, 꼬지막대 1개, 비닐장갑 1쌍,종이컵 2개, 색소, 투명컵 (※ 직접 준비하세요 : 깨끗한 물)


<실험 과정>
1. 스포이드를 이용하여 미리 준비한 염화 아디포일과 디클로로메탄을 섞은 용액 약 2ml 정도 유리 용기에 넣습니다.
 (※ 실험시 반드시 비닐장갑을 착용하고 실험하세요.)
 (※ 시약이 피부에 묻었을 경우 반드시 흐르는 물로 씻어내세요.)
 (※ 시약으로 장난치지 마세요,)

2. 헥사메틸렌디아민 용액 약 3ml 정도를 유리 용기의 벽면을 타고 흘러내리게 합니다.

3
. 병 안의 두 용액 층에 생성된 막을 꼬지 막대를 이용해 조심스럽게 들어올리고 회전 시켜 감아올립니다.
(※ 실험과정 ③번에서 시간이 지나면 덩어리가 지므로 바로 나일론실을 감아올리세요.)

4. 빈 종이컵에 세워놓고 물을 부어  씻어내고 나일론실을 풀어냅니다.
(※ 나일론실을 만들고 물로 충분히 헹궈주세요.)
(※ 나일론 세척 시 2개의 종이컵을 활용하세요. [ex. 물컵, 빈컵])

5. 나일론실의 일부를 잘라 원하는 색소에 넣고 남은 나일론실을 물로 씻고 말립니다.

6 병 안의 용액을 버리고 물로 헹군 후, 물을 채웁니다. 색소에 넣었던 나일론실을 꺼내어 유리 용기에 넣습니다.

 (※ 시약을 오래 보관할 경우 변질 또는 용기의 파손이 일어날 수 있으니 실험 후 즉시 폐기하세요.)


이렇게 만들어 집니다.
한 학생 빼고 모두 실험 성공!
계면중합이라, 용액의 경계면에서 나일론 실을 뽑아 낼 때 조심조심 뽑아내야 해요.

그리고 색소를 넣어 착색까지 시키고 병에 담으면 실험 완료!
짜잔~


학생들 중에는 저 세 색깔을 다 섞어서 검정색으로 염색시키는 친구들도 있더군요..

실험 결과 설명 및 마무리를 하고..
KAIST 학생홍보대사 카이누리로서(ㅋㅋ) 개인적인 KAIST 캠퍼스 투어 광고도!
(kainuri.kaist.ac.kr 캠퍼스투어 모집 공지 참고)

마지막으로 아이들과 단체 샷 ^0^
으악 좀 흔들렸네요 ㅠㅠ

다녀오니 벌써 저녁시간이었지만 오래간만에 순수한 아이들과 의미있는 시간을 보낸 것 같아 뿌듯했답니다!

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