필름통 건전지 만들기

 

필름통 건전지 만들기

　

　

 

   ※ 무엇이 필요할 가요？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 

 

활성탄, 소금, 필름통, 집게전선, 활핀, 알루미늄호일, 물휴지, 비커

 

 

 수업목표

－건전지의　원리와　전해질에　대해　알아보기

- 직렬연결, 병렬연결 알아보기

- 정전기 알아보기

 

1. 원리

숯 건전지는 알루미늄 호일이 (-) 극, 숯이 (+) 극으로 작용하는 일종의 화학건전지입니다.

먼저 알루미늄호일이  이온으로 되면서 전자를 방출합니다.

알루미늄이 양이온이 되면서 생긴 전자는 도선을 통해 (+) 극인 숯으로 이동하여 전류가 흐르게 됩니다.

방출된 전자는 소금물에 녹아들어 가게 되는데, 숯 건전지를 여러 시간 사용한 다음, 숯에 감겨있는 알루미늄 호일을 벗겨 빛에 잘 비추어보면 무수히 뚫려있는 아주 작은 구멍으로 인하여 너덜너덜하게 돼 있는 것을 확인할 수 있습니다.

(+) 극인 숯은 전자를 계속 끌어당기고 (-) 극에서는 밀어내면, 전자가 전선을 따라 순환하면서 전류가 흐르게 됩니다.

 

2. 전해질

원자는 (+) 전기를 띤 원자핵과 (-) 전기를 띤 전자로 이루어져 있지만 서로 균형을 이루고 있어서 전기적으로 중성입니다. 원자는 전자를 잃거나 얻어지려는 성질이 있어서 에너지를 가하거나 조건이 다른 물질과 만나면 전자의 이동이 일어납니다

이때 전자를 얻은 원자는 음이온이 되고 전자를 잃은 원자는 양이온이 됩니다. 양이온은 (-) 극, 음이온은 (+) 극으로 각각 끌려간다. 이온의 이동으로 전자가 전극으로 운반되므로 이온을 ‘전자의 운반자’라고도 합니다.

전자나 이온이 이동하면 전기가 흐릅니다. 이온이 되기 쉬운 원자가 녹아 있는 수용액은 전기가 쉽게 통과됩니다.

소금을 구성하는 나트륨과 염소는 물에 녹으면 이온이 되기 쉬워 식염수는 전기를 통과시키기 쉽습니다.

손에 나는 땀에도 염류가 있어 물이 묻으면 전기가 잘 통하게 됩니다.

따라서 물 묻은 손으로 전기 기구를 만지면 감전의 위험이 큽니다.

 

3. 건전지 알아보기

현재의 건전지는 크기가 작고 완전히 밀폐되어 있고 전해액도 풀 형태이므로 사용하기 편리합니다.

초기의 전지는 (-) 극에 아연판 (+) 극에 이산화망강, 전해액으로는 염화암모늄을 사용했습니다.

그러나  전해액이 액체라 운반하기 불편했기 때문에 새지 않고 안전하게 다닐 수 있는 전지를 연구하게 되었습니다.

건전지에는 망간 전지, 알칼리전지, 리튬전지, 수은전지, 공기전지 등이 있습니다. 가장 오래되고 알려져 있는 망간 건전지는 용량이 적기 때문에 전력을 조금만 소비하는 탁상시계나 가끔 사용하는 손전등에 쓰면 알맞습니다. 알칼리 건전지는 아연이 분말로 되어 있어서 반응 면적이 크고 전해액으로 쓰이는 수산화칼륨용액은 전류가 잘 흐르므로 휴대용 카세트 등 모터를 움직이기 위해 파워가 필요한 것에 적합합니다. 수은전지는 안정된 전압을 제공하므로 편리하지만 수은 오염의 문제가 있습니다. 리튬전지는 컴퓨터 메모리 백업전원으로 쓰입니다. 리튬전지를 사용하면 갑작스러운 정전에도 입력데이터가 사라지지 않습니다.

 

☞ 망간건전지와 알카라인 건전지의 차이점

망간건전지와 알카라인건전지는 1번 사용하면 재사용이 안 되는 1차 전지입니다.

망간건전지와 알카라인건전지의 양극과 음극 물질은 같지만 차이는 내부 전해액의 성분에 의하여 구분됩니다.

 

1) 망간건전지

이산화망간을 양극 작용물질, 아연을 음극 작용물질, 염화암모늄 또는 염화아연 등 중성염수용액을 

전해액으로 사용하는 건전지                    

2) 알카라인건전지 

이산화망간을 양극 작용물질, 아연을 음극 활물질, 수산화칼륨수용액을 전해액으로 한 전  지 알카라인건전지는 망간건전지보다 2~3배의 전류 용량을 가지고 있습니다. 그러므로 소모전류가 많은 제   품에는 망간건전지보다 알카라인건전지가 유리합니다.

 

3. 직렬연결, 병렬연결

1) 직렬연결

의 수위가 두배로 높아지면 물이 흐르는 압력이 증가하여 물이 더 세게 흐르듯이 건전지를 직렬로 연결하면 전하를 밀어내는 전압은 그만큼만 더 높아집니다.

직렬연결 방식에서 건전지의 전체전압은 각 건전지의 전압과 같다. 따라서 전기회로에서 전압이 증가합니다.

물의 수위가 두배로 높아지면 물이 흐르는 압력이 증가하여 물이 더 세게 흐르듯이 건전지를 직렬로 연결하면 전하를 밀어내는 전압은 그만큼 더 높아집니다.

그러므로 건전지를 직렬로 연결하면 1개의 건전지를 연결할 때보다 2개를 연결할 때 더 밝고 연결한 건전지의 수만큼 전압이 커집니다.

높은 전압을 필요로 할 때는 이와 같이 건전지를 직렬로 연결해서 사용합니다.

만약 전자제품이 12V의 전압이 필요할 때에는 8개의 건전지를  직렬로 연결하여 사용하면 됩니다.

  

그러나 건전지를 사용할 수 있는 시간은 여러 개의 건전지를 연결하였더라도 한 개의 건전지를 사용하는 시간과 같습니다.

① 전류가 같습니다.

② 각 저항의 합은 합성저항.

③ 저항에 걸리는 전압의 비는 저항의 비와 같습니다(전류가 같으므로)

 

 

2) 병렬연결

건전지의 (+) 극은 (+) 극끼리 연결하고 (-) 극은 (-) 극끼리 연결하는 것을 병렬연결이라고 합니다.

병렬연결에서는 연결한 건전지의 전체 전압은 한 개의 건전지의 전압과 같다. 따라서 전기회로에서 전압은 일정합니다.

건전지를 병렬로 연결하면 각각의 건전지가 독립된 형태로 전구에 전압을 걸어 주기 때문에 전체의 전압은 1개 일 때나 2개 일 때나 변하지 않습니다. 따라서 병렬로 연결하면 2개를 연결하더라도 1개일 때에 비해 밝기는 변하지 않습니다.

물과 비교하면 물의 양이 더 많아지게 되지만 수위는 변함이 없습니다.

이때 물이 나오는 압력은 변화가 없지만 물이 나오는 시간은 그만큼 길어집니다.

그러므로 건전지를 오래 쓸 수 있습니다.

 

건전지를 병렬로 연결하면 건전지를 사용할 수 있는 시간은 연결한 건전지의 수만큼 길어지므로 높은 전압은 필요하지 않지만  오랜 시간 사용하고자 할 때 병렬로 연결방법을 이용합니다.

 

① 전압이 같습니다.

② 전류의 비는 저항의 역수의 비와 같습니다.(전압이 같으므로)

③ 각 저항의 역수의 합은 전체저항의 역수와 같습니다.

 

４정전기

정전기 현상에 대한 가장 오래된 기록은 고대 그리스의 철학자 탈레스가 양의 가죽으로 호박(송진이 굳어서 된 보석)을 닦을 때 생긴 현상을 적어 놓은 것이다. 이 때문에 영어로 '전기'를 뜻하는 'electric-'이라는 말은 그리스어로 '호박(electron)'에서 유래한 것이다． 종이나 나무, 금속, 플라스틱 등 모든 물질들을 잘게 쪼개고 또 쪼개면 '원자'라는 아주 작은 알갱이 단계에 이르게 된다. 원자는 전자와 양성자라는 더 작은 알갱이들로 이루어져 있다. 이 알갱이들의 수가 많으냐 적으냐에 따라 물질의 전기적 성질이 좌우된다. 보통 상태에서는 전자와 양성자의 숫자가 서로 균형을 이루어서 전체 적으는 중성을 띠게 된다. 그러나 물체가 외부와의 마찰이 나 다른 특별한 힘을 받게 되면 이것들이 어느 한 곳으로 몰려서 그 물체가 양(+) 전하(전자보다 양성자가 많은 경우)나 음(- ) 전하(양성자보다 전자가 많은 경우)를 띠게 된다. 이 전하들이 전선 같은 도체를 타고 흘러 다니는 것이 우리가 알고 있는 전기이다. 그런데 이 전하들이 흘러 다니지 못하고 한 곳에 고여 있는 것, 그것이 바로 정전기인 것이다.

 

 

2. 실험해 보기

1) 쿠킹호일을 3등분 합니다.    2) 다시 4 등분한 후 필름통으로  원을 그린 후 원보다 작게 오립니다.

 

 

3) 소변컵에 물을 넣은 후 소금을 넣고 불포화용액을 만든 후 압축티슈를 넣습니다.

 

4) 용액으로 부푼 티슈를 펼친 후  쿠킹호일과 같은 방법으로  접은 후 4 등분합니다.

5) 필름통 밑에 구멍을 뚫고 그림과 같이 선을 넣은 후  와셔를 연결합니다. 

 

 

6) 연결한 후 오려놓은 쿠킹호일을 필름통 안에 넣고 4 등분한 압축티슈를 통 안에 넣습니다.

   (티슈를 넣은 다음 소금물을 통 안에 넣어서 티슈를 적신다.) -너무 티슈가 많이 젖어도

   전구에 불이 들어오지 않을 수 있어요.. 그러니 티슈가 마르지 않은 친구는 그냥 하셔도 돼요..

 

7) 티슈를 적신 후 필름통 안에 활성탄을 두 스푼정도 넣은 후 위와 같은 방법으로 나머지 

쿠킹호일과 티슈를 반복해서 넣습니다.

- 밑에 보이는 그림처럼 층이 분명하게 되었던 친구들만 실험에 성공하였습니다.

   그리고 마지막에 활성탄을 꽉꽉 눌러 채운경우 불빛이 더 밝았지요..

   층하 나가 0.5V여서 불이 들어오게 하려면 1.5V이상이 되어야 하기 때문에 우린 4칸을 채웠죠?

8) 모든 작업이 끝난 후 비어있는  필름통 안에 활성탄으로 빈 공간 없이 채웁니다.

 

9) 활핀을 조금 벌리고 빨간색(+) 악어클립을 연결한 후 뚜껑을 뚫어서

   활핀을 끝까지 밀어 넣습니다.

 

 

10) 악어클립과 활핀을 꽂은 뚜껑으로 활성탄이 가득 담긴 필름통을 닫습니다.

 

 

 

11) 모든 작업을 마쳤으면 LED 긴 다리를 빨간색 클립에 연결하고 LED 짧은 다리는 검은색클립

   에 연결한 후 LED에 불이 들어오면 제작완료

 

 

-주의사항-     

밑에 있는 쿠킹호일과 위의 활성탄이 닿지 않도록 해야 하며

필름통 안에 활성탄을 눌러서 빈 공간이 없도록 해야 합니다.

뚜껑에 넣은 활핀과 필름통 안에 있는 활성탄이 필히 맞닿아야 합니다.