신과수연구회 공모연수1(오전)-채경육(라온),류신호(joule thief)

신과수연구회가 주관하는 공모연수가  오늘과 다음주 토요일 이틀에 걸쳐서 진행된다.

매달 모이는 우리 신과수연구회 선생님들이 매번 모여서 진행하는 연수를 나이스 기록으로 넣어주고 싶어서 시작한 연수가 생각보다 일이 많아서 어려운 점도 있었지만 많은 선생님들의 지원으로 즐겁게 시작되었다.

6월에 시작하여 긴 시간 간격이 지난 후인 10월에 하게 되니 중간에 연수포기한 인원이 너무 많았다.

31명 신청서를 받았었는데 12명이 포기원을 작성하여 19명이 연수를 진행하였다. 연수 시간 없이 청강하시는 분까지 25명.

실험재료 및 간식 준비에 장소 준비까지 바쁘기는 했던 것을 생각하면 좀 속상한 면도 있지만 인원이 많지 않으므로 편안하게 연수를 진행할 수 있었다.  

매번 울 학교에서 진행을 하다가 흥덕고등학교에서 김미영선생님이 진행을 해주셔서 훨씬 수월하였다.

선생님들께 책자도 나누어주고.... 

1. 채경육 교수(방사선 중이온가속기 라온)

채경육.pdf

성대 물리과교수님이신 홍승우교수님의 소개로 같은 과의 채경육교수님이 방사선 중이온가속기에 대한 연수를 준비해주셨다. 

방사선 이야기하는 줄 알았더니 우주의 이야기로 시작하셨다. 

107 – 1014 개의 별 이 모여 은하가 되고  1011개 정도의 은하가 관측 가능한 우주가 된다.

그 우주의 모습을 추측해보자.

겉보기에 우주는 고요해보이지만 격렬한 반응이 연이어 있다.

신성, 초신성 등은 폭발에 의해 새로 만들어지는 별이다.

초신성이란 무엇인가?

이전까지 매우 어두웠던 항성이 갑자기 큰 폭발을 일으켜, 며칠 사이에 약 15등급(100만 배)이나 밝기가 커지는 현상이다.

탄생에서 사멸에 진화과정을 거치는 동안, 예측할 수 없는 큰 폭발로 인해 갑자기 대단히 밝아졌다가 어두워지는 별인데, 폭발의 규모가 작으면 신성, 대단히 크면 초신성이라고 한다.

태양의 10배 이상의 질량을 갖는 무거운 별이 진화의 최종상태(사멸)를 맞는 것이라고 생각되며, 그 결과 중성자별, 펄서, 블랙홀 등이 형성된다.

폭발할 때 발생하는 총 에너지는 태양이 일생(약 100억 년) 동안 방출하는 양과 거의 같은 10⁴⁴J정도이다.

이것을 불과 며칠 동안에 방출해 버리기 때문에, 그 폭발 직후의 밝기는 -18~-19등(절대등급)으로 태양의 100억 배가 된다.

별 중심부에서의 열핵반응에 의해 수소가스를 헬륨 · 탄소 · 질소 · 산소 및 새로운 원소로 잇따라 변환하면서 에너지를 생성해 온 무거운 별은 그 진화의 최종단계에서 중심부에 철의 코어를 형성한다.

중심의 온도가 약 50억 K에 이르면 선 강도가 매우 높아져 철의 코어는 광분해를 일으키고, 다량의 열에너지를 흡수해 압력이 저하한다. 그러면 별의 외층부는 그 중심을 향해 급격히 낙하하고, 중력에너지가 해방되어 고온이 되며, 철의 코어 근처에서 규소 등의 열핵반응이 폭주하는데, 그 결과 별의 외층을 폭발적으로 날려 버린다.

광분해 때 발생하는 다량의 중성자는 철 · 코발트 · 니켈 등의 원자핵에 포획되어, 별의 내부에서는 만들어지지 않았던 철보다 무거운 원자핵을 계속 형성해 간다.

이것이 초신성에 의한 중원소의 합성이다.

100억배의 크기가 된다는 것을 보여주기 위해 사진을 10⁴배 차이의 태양의 후예 사진을 보여주셨다.

원소들의  생성들과 주기율표를 설명하시고...

원자 안의 모습을 상상해보자. 빈 종이 안의 점이 보이는가? 점 보다도 작은 공간에 모든 질량이 모여있다.

그래서 원자 안은 텅비어있는 것처럼 보이는 것이다.

빅뱅 핵합성이 종료된 후 수소 원자핵과 헬륨 원자핵의 개수비는 3:1이다.

그리고 기타가 가는 점으로 표현된다.

사람의 몸은 수소가 59.4%, 산소가 25.9%, 그리고 나머지가 ....

빅뱅직후는 가벼운 원소만이 존재하다가 점차 중성자를 흡수하여 무거운 원소가 만들어진다.

가장 안정한 원소는 Fe, Ni 이다.  (60번 근처)

이보다 가벼운 원소들은 융합을, 무거운 원소들은 분열을 잘 일으키게 된다.

중이온가속기란?

현재 세상에 존재하는 원소는 1번 수소(H)에서 118번 오가네손(Og)까지 모두 118개다. 러시아의 화학자 드미트리 멘델레예프가 150년 전 원소주기율표를 내놓을 때는 63개였지만 과학기술의 진보와 함께 점점 많아졌고 중성자 수가 다른 원소(동위원소)는 3000여 개로 추정된다. 수소, 중수소, 삼중수소 등이다. 그런데 동위원소는 만들기 어렵고, 겨우 만들어도 금방 사라지는 경우가 많다. 이런 ‘희귀한’ 동위원소를 활용하면 세상에 없던 신소재를 개발하거나 난치병을 치료할 수 있다. 희귀동위원소를 만들어내는 장치를 중이온가속기라고 한다. 우주 생성물질도 중이온가속기를 통해 세상에 모습을 드러내고 있다. 성균관대학교 핵천체물리 실험 연구실에서는 방사선 중이온 가속기를 이용하여 별의 핵 합성에 대해 연구하고 있다.

중이온가속기란?

현재 세상에 존재하는 원소는 1번 수소(H)에서 118번 오가네손(Og)까지 모두 118개다. 러시아의 화학자 드미트리 멘델레예프가 150년 전 원소주기율표를 내놓을 때는 63개였지만 과학기술의 진보와 함께 점점 많아졌고 중성자 수가 다른 원소(동위원소)는 3000여 개로 추정된다. 수소, 중수소, 삼중수소 등이다. 그런데 동위원소는 만들기 어렵고, 겨우 만들어도 금방 사라지는 경우가 많다. 이런 ‘희귀한’ 동위원소를 활용하면 세상에 없던 신소재를 개발하거나 난치병을 치료할 수 있다. 희귀동위원소를 만들어내는 장치를 중이온가속기라고 한다. 우주 생성물질도 중이온가속기를 통해 세상에 모습을 드러내고 있다.

                   <Joule Thief회로의 활용>

04_3_테마연수 원고_류신호(10월 12일).pdf

                                                       유신호(매원고)

Joule Theief 회로

  줄 도둑 (Joule Thief)은 작은 부하를 구동하는 데 일반적으로 사용되는 소형, 저비용의 쉽게 제작할 수 있는 매우 작은 전압 발진기이다. 이 회로는 오실레이터, 주울 링거 (joule ringer), 뱀파이어 토치 (vampire torch)와 같은 다른 이름으로도 알려져 있다.

  단일 셀 배터리의 거의 모든 에너지를 사용할 수 있고, 심지어 사용되어 배터리를 완전히 방전 된 것으로 볼 수 있는 것조차 사용할 수 있어 이 회로는 회로가 에너지를 훔치고 있다는 재미있는 용어를 사용한다.

 이 회로는 제어되지 않은 전압 발진 변환장치를 형성하는 발진자의 변형이며 출력 전압은 입력에서의 더 높아 전류는 작아진다.

페라이트 코어에 두 코일을 감고, 2N2222A TR과 1000Ω의 저항을 사용한 줄 도둑 회로 만들기

(1) 페라이트 코어에 적, 청 두 선으로 몇 번을 감아 양쪽으로 두 선을 뺀다.

(2) 양쪽에서 뺀 선중 적청 두 선의 끝을 벗겨서 두 선을 연결한다.

(3)트랜지스터의 가운데 발에 저항을 연결하여 페라이트에서 나온 빨간선과 연결하고, 트래지스터의 한쪽발에는 파란선과 led의 (+)극을,

다른 한 쪽발에는 led의 (-)극을 연결한다.

(4) 다 쓴 건전지를 페라이트에서 나온 선과 트랜지스터의 한 발을 연결하면 불이 켜지게 된다.

쉽게 만들어보는 줄도둑 2시리즈

헌 충전지와 인덕터를 이용한 줄도둑 만들기

   ① QX5252F IC(참고 : 아래 그림은 글자가 보이는 쪽을 기준으로 한 그림)를 핀다.

② 33μH 인덕터, ③ LED(참고 : 다리가 긴 쪽이 +) ④ 배터리(헌 것도 좋음), ⑤ 배터리 소켓(AA 또는 AAA)’을 준비한다.

아래의 그림을 참고하여 납땜을 하여 회로를 완성한다,

충전기의 4선 중에서 3선만 이용한다.

(1) 인덕턴스의 양끝은 충전기의 양끝에 연결한다.

(2) 충전기의 가운데 선에는 led의  (-) 극을 연결하고, 충전기와 연결된 led의 (+)극에 전지를 연결하면 줄도둑이 완성된다.

3. 무선 전력 수송장치 만들기

선을 감는 통으로 플라스틱 시험관을 주셨다. 이거 화학실험할 때 쓰면 좋겠다는 생각을 ...

송신장치와 수신장치를 만든다.

  수신장치 전력장치에 무선으로 송신하면 송신된 과정을 불이 켜지면서 알려준다.

(1) 통에 40회 정도 감아준다. 끝은 껍질을 벗겨서 led를 연결한다. (수신기)

(2) 송신장치는 20회 감은 다음, 선을 5cm 정도 중간에 길게 뺀후에 다시 20회를 감아 양끝을 그림과 같이 연결한다.

)

04_3_테마연수 원고_류신호(10월 12일).pdf

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채경육.pdf

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