과학 개념 연구로서 전류 개념에 대한 아동들의 개념 유형이 다양하다는 것이 많은 연구에 의해서 밝혀지고 있으며 과학적인 전류 개념으로 변화시키려는 수업 지도 방안에 대한 연구도 진행되고 있다. 본 연구의 목적은 초등학교 학생을 대상으로 하여 전기 회로와 전류에 대한 개념을 조사하고, 이들 개념간에 어떤 관계가 있는지를 알아보고자 한다. 초등학생에게 실시할 수 있는 전기 회로 개념 검사 문항과 전류 개념 검사 문항을 선택 후 설명식으로 개발하여 초등학교 4-5학년 학생 중 총 163명에게 실시하여 선택결과와 선택 이유를 계통도로 분석하였다. 계통도에 따라 각 개념별 응답 유형의 비율을 구하였고 $\chi$$^2$검증으로 두 개념간의 관계를 찾아보았다. 불이 켜지는 회로 그리기에서는 과학적 모형보다는 전구의 꼭지에만 연결하는 아동의 수가 훨씬 많았다. 회로의 필수적인 요소로 대부분의 아동들이 건전지라 전구, 전선을 선택하였는데, 선택 이유로는 많은 아동이 전구에 불을 켜는 것에 초점을 두었다. 전선의 연결방법과 전구의 연결방법에 대해서는 정답률이 89%로 높게 나타났으며, 전구의 연결방법에 대한 정답률은 77%로 나타났다. 전류의 흐름 유무에 대해서는 대체로 옳은 선택을 하였으나, 회로의 상황에 따라 응답에 차이를 보이며, 주로 건전지는 전류를 공급하고, 전구는 불을 켜는 일, 전선은 전류를 흐르게 하는 길로 생각하고 있었다. 전지와 전구의 연결 방법에 따른 전구의 밝기에 대한 생각은 정답률이 각각 68%, 45%로 높은 편이 아니었다. 전체적으로 볼 때, 전기회로에 대해서 과학적인 생각을 가진 아동들은 그렇지 못한 아동들보다 전류 개념에 대해서도 과학적인 생각을 가지는 경향이 높은 것으로 나타났다. 따라서 전기회로 개념과 전류 개념 사이에는 서로 의미있는 관계가 있다고 결론지을 수 있으며, 전기 회로개념을 과학적으로. 형성한다는 것이 전류 개념을 과학적으로 형성하는데 중요한 요인이 됨을 알 수 있다.
많은 학생들이 전류에 대한 오개념을 가지고 있고, 이러한 오개념은 전통적인 교육방법에 의해 쉽게 교정되지 않는다. 본 논문은 전류에 대한 오개념 교정을 위한 멀티미디어 타이틀을 개발하여, 학생들에게 적용하여, 오개념 교정의 효과를 분석하였다. 실험 대상은 중학생 32명을 대상으로 하였고, 실험집단은 개발된 멀티미디어 타이틀을 적용하였고, 비교집단은 전통적 강의 수업을 실시하였다. 실험 결과는 SPSS 프로그램을 이용하여 t-검증을 통해 분석하였다. 분석 결과 전류 소모 개념은 수업 방식에 관계없이 비교적 쉽게 교정될 수 있는 오개념임을 보여주고 있다. 전류의 분배 개념은 전통적인 수업 방법으로는 잘 교정되지 않았으며, 멀티미디어 타이틀을 가장 효과적으로 활용될 수 있는 오개념이라고 할 수 있다. 전류의 저항 무관 개념은 가장 적은 학생들이 오개념으로 가지고 있었지만, 전통적인 수업 방식이나 멀티미디어 타이틀을 적용한 학습으로도 교정되기 어렵다는 분석 결과이다.
전지의 연결방법에 따른 전류의 특성에 대한 초등교사들의 오개념 유형과 그 일관성에 대하여 조사되었다. 초등교사들의 전지의 연결방법에 따른 전류의 특성에 대한 오개념은 3가지 유형으로 나타났다. 14명의 초등교사들을 대상으로 한 이 연구에서, 전지들의 직렬연결과 병렬연결시 전류의 특성을 연결하는 전지의 수에 초점을 맞추는 유형에는 2명의 초등교사가, 전지의 직렬연결에 대한 개념과 병렬연결에 대한 개념을 혼동하는 유형에는 8명의 초등교사가, 그리고 전지의 직렬연결과 병렬연결에 대한 개념을 저항의 직렬연결과 병렬연결에 대한 개념으로 혼동하는 유형에는 4명의 초등교사가 분포하였다. 초등교사들은 전지의 연결에 대한 학습개념이 적용되는 상황에서 뿐만 아니라 분화개념이 적용되어야 하는 상황에서도 그들의 오개념 유형을 일관성 있게 적용하고 있었다.
이 연구는 전하 이동을 강조한 튜토리얼을 통하여 초등 교사의 전기 개념 변화를 분석하고, 초등 교사 교육을 위한 시사점을 얻는데 있다. 튜토리얼은 사전검사, 워크시트, 사후검사로 구성되었고, 내용은 두 개의 대범주인 정전기 영역과 전류 영역으로 이루어졌다. 현직 초등 교사 68명에게 튜토리얼을 적용하고 선택형 질문지, 사전 검사, 사후 검사, 워크 시트, 튜토리얼 과정 녹화 전사본 및 면담을 통하여 초등 교사의 전기 개념 변화를 분석하였다. 연구 결과, 교사들은 도체와 부도체의 전기적 특성에 대해 이해하게 되었는데, 마찰과 유도, 접촉에서 전하들의 움직임을 고려하고 설명할 수 있게 되었다. 그러므로 대전과 전류를 혼동하는 어려움이 해소되었다. 열린 회로에서는 전압을 전하가 받는 힘을 고려하여 이해할 수 있게 되었고, 축전기를 통해 일시적 전하의 이동을 설명할 수 있었다. 이것은 전압이 전류의 결과라는 오개념을 과학적 개념으로 바꾸는데 중요한 역할을 하였다. 닫힌 회로에서는 전구 양단에 쌓이는 전하들의 분포를 강조함으로써 회로에서 전류가 소모되지 않고 일정함을 이해하게 되었고, 직렬과 병렬에서도 각 회로에서 전구 양단의 전하들의 분포를 고려함으로써 회로에 따라 전지의 역할이 달라짐을 이해할 수 있게 되었다.
본 논문에서는 2차측이 평판형 구조를 갖는 선형유도전동기를 대상으로 하여 유한요소법을 이용한 수치해석방법과 기자력발생의 개념적인 기본단위가 되는 하나의 전류도체를 등가표면전류밀도로 치환하여 해석하는 공간고조파해석 방법[10]과, 영구자석 계자형 선형동기전동기의 공간고조파 해석방법에 대하여 소개하겠다.
본 논문에서는 넓은 입출력 변동 범위를 가지는 LLC 공진형 직류-직류 변환기의 전류형 제어에 대해서 소개한다. 먼저, 전류형 제어의 개념과 목적을 설명하고 전류형 제어를 적용한 변환기를 소신호 해석을 이용해 전원단의 동특성을 확인한다. 그리고 동특성 해석을 바탕으로 전압 보상기 회로를 구성한 후, 변환기의 성능을 실험과 시뮬레이션을 통해 비교 및 검증한다. 마지막으로 전압형 제어를 이용한 변환기와 비교를 통해 전류형 제어의 우수성을 확인한다.
상대론적 전자빔 발생장치(300kV, 40kA, 60ns)를 통하여 발생하는 전자빔은 진공 중에서 공간전하한계전류값을 갖게 되어 진행이 어렵다. 이런 전자빔의 전파특성을 향상시키기 위하여 여러 가지 방법들이 실험되어졌다. 본 실험실에서 수행한 실험은 전자빔의 진행해나가는 도파관 속에 국부적인 plasma channel을 형성시키고 이에 따른 전자빔의 전파율의 향상을 유도하였다. 이때 형성되는 높은 에너지의 이온빔을 관찰하고 이온 전류밀도에 따른 전자빔의 수송효율사이의 관계를 관찰하였다. 전류밀도의 증가는 여러 가지로 응용 될 수 있다. 자유전자레이저(Free Electron Laser)는 microwave로부터 가시광선 영역을 포함해 X-ray 영역까지의 coherent radiation을 발생시킬 수 있는 개념의 장치이다. 이 장치에서 전자빔의 전류밀도는 출력되는 전자기파의 power와 직접적으로 관계하여 고출력 microwave 발생장치를 구성할 수 있다. 이번 실험에서는 일정한 국부적으로 형성된 plasma에 따른 강렬한 상대론적 전자빔의 전파효율의 향상을 관찰하였다.
새로운 개념의 인버터로서 종래의 인버터의 직류부에 공진회로를 설치하여 직류와 교류를 공진 DC 링크로 접속하는 방식이다. 공진동작으로 링크부의 전압이 명이되는 것을 이용하여 인버터의 PSD를 ZVSAT킨다. (PSD = Power Switching Device)전압공진형은 ZVS가 가능하나 어느 정도의 전류를 OFF할 필요가 있기 때문에 비교적 TURN OFF의 속도가 빠른 MOSFET, SIT, IGBT등의 PSD를 이용하여 수십 kHz의 스위칭 을 한다. 여기에 대하여 전류공진형은 ZCS(Zero Current State)가 가능하게 되고 OFF하는 전류도 작게되기 때문에 TURN OFF가 늦은 BJT와 GTO. IGBT 싸이리스터 등의 TURN OFF 시간이 꾀 짧은 것들을 이용하여 수십 kHz의 스위칭이 가능하게 된다. 이들 PSD는 대용량화에 적합하여 대용량 전력변환기에의 적용이 시도되고 있다. 여기에서는 이들 인버터에 관하여 기본적인 동작원리와 제어방식을 중심으로 설명한다. 또한 공진형 방식의 결점인 전압과 전류의 피크치를 저감하는 전압 Clamp식에 관하여도 기술한다.
본 연구는 정류기의 입력전류에 포함되어 있는 고조파성분을 제거하고 입력역률을 개선하기 위해 무손실 저항(Loss Free Resistor) 개념에 기본을 둔, PC, 가전기기 및 형광등용 전자안정기등과 같은 저전력 전원설비에 적합한 불연속 도통모드(DCM) 플라이백 방식의 능동역률 보정기의 등가회로모델 및 설계법을 제시하였다. 이 개념에 의하여 능동역률 보정기의 등가입력저항, 출력전력원 특성을 정확하게 나타낼 수 있었으며 또 설계방정식을 유도하여 능동역률 보정기를 설계 시험한 결과, 적은 부품으로 정류기의 입력교류 전류에 포함되어 있는 고주파를 제거하였고 따라서 0.98의 고입력역률의 정류를 할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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