전자물시계를 활용한 전기전도도 탐구학습 Water-powered clock.

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1 전자물시계를 활용한 전기전도도 탐구학습 Water-powered clock

2 Electric Conductivity (전기 전도도란) ?
용액이 전류를 운반할 수 있는 정도 전기 저항(ohm)의 역수 mho로 정의하고 기호 S(Siemens) 표기 단위 1S = 1/Ω ( 1S는 수은주 0℃에서 단면적 1㎜2 , 길이 1m 사이의 전기저항의 역수 값 ) 의미 용액 중 이 물질의 정도를 간단하게 평가할 수 있는 기준 전기 전도도는 용액의 온도에 따라 측정결과가 다르므로 용액의 전도도 값은 상온 25 ℃ 기준으로 평가하는 것이 일반적이다.

3 I (Ampere) = V (Voltage) / R (Ohm)
오옴의 법칙과 전도도와 관계 전도도 측정 장치가 없을 경우, 우리는 멀티메터 (Multi-Meter)를 활용하여 전압을 측정함으로 용액의 전도도와 전압 발생의 상관관계를 확인할 수 있다. I (Ampere) = V (Voltage) / R (Ohm) 전류(Ampere) 프랑스의 물리학자 알드레 마리 앙페르(Andre Marie Ampere)가 자기장의 크기는 전류에 비례한다는 법칙을 발견 : 전류의 표기는 I (Ampere) 전압(Volt) 이태리 물리학자, 알렉산드라 볼타(Alessandro Volta)가 소금물을 담은 2개의 그릇을 준비하고 한 그릇에 구리를 담그고 다른 그릇에 아연판을 담근 후 연결하여 세계 최초로 전기를 얻음 : 전압의 단위를 V (Volt). 저항(Ohm) 오옴의 법칙(Ohm’s law) 단 위 독일의 과학 교사 게오르그 오옴(Georg Ohm)이 실험을 통해 전류와 전압이 비례 관계에 있다는 사실을 규명하여 유명한 오옴의 법칙을 완성 : 저항의 단위를 오옴(Ohm)

4 용액 별 전도도 값 용 액 전 도 도 순수 물 0.055 μs/cm 증류수 0.5 μs/cm 깨끗한 수돗물 50 μs/cm
식수 최대치 1055 μs/cm 바닷 물 53 ms/cm 4

5 전자물시계의 과학적 원리 Cu+2 + 2e- = Cu (환원반응) Zn = Zn+2 + 2e- (산화반응)
전자가 발생되어 매체(물, 음료수, 과일)을 따라 이동합니다. Cu+2 + 2e- = Cu (환원반응) Zn = Zn+2 + 2e- (산화반응) 아연판과 구리판에서 산화, 환원반응으로 전위차가 생깁니다. 전위차는 각 물질의 깁스 에너지 (Gibbs Energy)을 이용하여 구리의 깁스 에너지 : J/mol 아연의 깁스 에너지 : J/mol E(산화환원전위) = - G/(n X F), 여기서 F는 Fraday 상수 : 이며 n은 전자 개수입니다. 구리의 산화환원전위 = -(-65490)/(2 X 96500) = 0.340V, 아연의 산화환원전위 = ( )/(2 X 96500) = V 구리판의 양극과 아연판 음극의 이론적 전위차는 1.1V가 됩니다. 전자물시계에서는 구리판과 아연판이 2개씩 직렬로 연결 : 이론적으로 2.2V의 전압

6 전자물시계의 특징 1 2 3 4 간단하고 쉬운 조립 납땜이 필요 없는 스프링 연결잭 채택 유용하고 실질적인 과학 실험 키트
- 볼타 전지 : 화학반응으로 전기 생성 - 직렬과 병렬 연결의 개념 - 각 액체나 용액에서의 전기 전도도 차이 4 내가 만든 책상용 시계로 지속적 사용 가능

7 전자물시계의 조립 Note : 전자물시계에는 저항 연결 필요 없음 구리판과 아연판 직렬 연결 시 조심

8 전자물시계의 조립 Note : 오렌지, 사과는 물론 오이 등으로 테스트하기

9 멀티메터를 사용 전자물시계 전압 측정 * 직류전압 20V에 스위치를 맞춘다. * 검정 과 빨간 잭을 위 설명된 구멍에 끼운다.
* 검정 과 빨간 잭을 위 설명된 구멍에 끼운다. * 구리판과 아연판에 리드봉을 접촉한다. * 전압 값을 읽고 기록한다.

10 Civic water (일반 수돗물) : 1.4-1.6 V Orange juice (오렌지 주스) : 1.7-1.9 V
여러 용액에서의 전압 실험 전자 물시계에 사용되는 액체나 용액 종류에 따라 서로 다른 전도도의 영향으로 전압 값은 다르게 측정된다. Civic water (일반 수돗물) : V Orange juice (오렌지 주스) : V Ionic drink (이온 음료) : V

11 전자 물시계 유지관리 전자 물시계는 물 속의 아연판의 화학적 반응에 의한 전기적 에너지로 작동된다. 시간이 경과하면 아연판이 물과 산화 반응하여 녹(스케일)이 생기고 이는 아연판 과 물의 지속적인 화학반응을 방해한다. 전자 물시계의 작동을 유지하기 위해 주기적으로 2-3주 간격으로 아연판 표면의 녹(스케일)은 사포나 천으로 닦아주고 물을 갈아주도록 한다.

12 Thank You