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[전남대/일반물리실험2] 예비 레포트 / 실험5 모터와 발전기 / 성적 1등 / A+

일반물리실험 2 예비 보고서5. 모터와 발전기학과이름학번분반실험 목적 : (전류로 자기장을 만드는) 모터와 (자기장의 변화로 전류를 만드는) 발전기의 원리를 이해한다.준비물: 모터/발전기 set, 집게 전선, 멀티미터, (원형 자석 2~개 ? 미리 부착됨), 직류 전원, 나침반, 꼬마전구(1.5V), 전구 소켓예비 보고서: 모터와 발전기의 원리에 대해 각각 조사하라. 수식을 사용할 필요는 없으나 원리는 분명히 이해하도록 한다.▶ 모터1. 모터(전동기)란 무엇인가?전기 에너지를 역학적 에너지인 회전 에너지로 변환해주어 역학적인 일을 할 수 있도록 하는 전기기계장치를 전동기(모터)라고 부른다. 쉽게 말해 전기를 넣어주면 회전하는 기기이다. 전동기는 사용하는 전원에 따라 직류 전동기와 교류 전동기로 구분한다. 전동기는 전력계통 에너지의 50% 이상을 사용하기 때문에 중요하다.2. 전동기의 회전 원리자석(자기장) 속에 놓여 있는 도선에 전류가 흐르면 도선은 힘을 받아 움직인다. 이때 받는 힘의 방향은 플레밍의 왼손 법칙으로 알 수 있다. 자기장 속에 사각형 모양의 코일을 넣고 전류를 흐르게 하면 코일은 힘을 받아 회전하는데, 이것을 전동기(모터)라고 한다. 전동기의 회전력은 코일의 감은 수와 코일에 흐르는 전류의 세기에 비례한다. 전동기의 구조를 살펴보면, 코일이 감긴 회전자가 있으며, 회전자 밖으로 고정 자석(전자석), 회전자에 전류를 연결하는 브러시가 있다.3. 코일에 전류를 공급하는 방식 (직류 전동기, 유도 전동기)● 직류 전동기 : 회전하는 코일에 전류를 직접 공급해준다고 보면 된다. 이 때 필요한 것이 ‘슬립링’과 ‘브러시’이다. 회전하는 코일에 슬립링을 연결하고 브러시를 통해 전류를 공급하게 된다. 슬립링이 계속 회전하고 있고 브러시가 맞닿아 있으므로 마찰이 계속 발생할 수 밖에 없고 고장, 마모에 취약할 수 밖에 없다.● 유도 전동기 : 회전하는 코일에 전류를 유도시켜서 공급한다. 전류를 직접 공급하지 않기 때문에 슬립링이나 브러시가 필요 없고 마찰 또한 발생하지 않는다. 그래서 전동기의 90% 이상은 유도전동기를 사용한다.▶ 발전기1. 발전기란 무엇인가?터빈, 수차, 전동기, 가솔린 엔진 등에 의해서 구동되며 전동기와는 반대로 전자유도 효과에 따라 기계적 에너지를 전기적 에너지로 바꾸는 장치이다. 발전기의 종류는 크게 직류발전기와 교류발전기로 분류한다. 직류발전기는 직류전압, 교류발전기는 교류전압을 출력하지만 그 원리는 같다. 발전을 목적으로 사용하는(대용량 발전) 발전기는 예외 없이 동기 발전기이므로 일반적으로 발전기라고 하면 이 동기 발전기를 의미한다.2. 원리[직류발전기] [교류발전기]회전전기자 도체가 자속을 쇄교 하여 도체에 유기되는 기전력에 의해 전류가 흐르고 부하에 공급되는 것이 발전기의 원리이다. 자석에는 눈에 보이지 않지만 자력이 있다. 이 자력이 미치는 공간을 자기장 이라고 한다. 이를 쉽게 이해하기 위해서 자력선이라 하는데, 이 자력선(자기장) 내에서 도선을 일정한 방향으로 움직이면 도선 내부의 자유전자도 일정한 방향으로 움직인다, 이 현상을 전자기 유도라 하고 이때 생기는 전기를 기전력이라 하며 기전력에 의해 흐르는 전류를 유도전류라 한다.

자연과학| 2024.01.08| 2페이지| 1,000원| 조회(202)

일반물리실험, 전남대학교, 예비레포트, 일물실, 모터와발전기

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[전남대/일반물리실험2] 결과 레포트 / 실험5 모터와 발전기 / 성적 1등 / A+

일반물리실험2 결과 보고서5. 모터와 발전기학과학번이름분반1. 실험 목적과 준비물 및 이론(1) 실험 제목모터와 발전기(2) 실험 목적(전류로 자기장을 만드는) 모터와 (자기장의 변화로 전류를 만드는) 발전기의 원리를 이해한다.(3) 준비물모터/발전기 set, 집게 전선, 멀티미터, (원형 자석 2~4개 - 미리 부착됨), 직류 전원,나침반, 꼬마전구(1.5V), 전구 소켓(4) 실험 이론● 자기력vec{F} _{B} =q vec{v} TIMES vec{B}● 균일한 자기장 속에서 도선이 받는 힘균일한 자기장 B속에 놓여 있는 도선에 전류가 흐르면 이 도선은 F=BIL의 자기력을 받게 되고, 그 방향은 자기장 B와 전류 I의 방향에 대하여 수직인 방향이다.vec{F} =I vec{L} TIMES vec{B}● 모터 (전동기) : 전기에너지를 역학에너지로 전환시키는 장치vec{tau } `=` vec{mu } TIMES vec{B} `=`N`I` vec{A} TIMES vec{B}● 발전기 : 역학에너지를 전기에너지로 전환시키는 장치varepsilon =-N {d PHI _{B}} over {dt} =N`A`w`sinwt2. 실험 과정 및 결과지난 실험인 전류계 만들기를 통해 여러분은 이미 전선에 흐르는 전류가 주변에 자기장을 만드는 것을 확인했고, 그 힘을 이용해 나침반 자석을 회전시켰다. 이번에는 그 힘을 더 극대화하여 나침반 자석보다 크고 무거운 물체를 회전시키려고 한다.(1) 실험 장치를 보라. 고정된 코일이 양쪽에 하나씩 있고, 회전하는 코일이 그 중앙에 있다. 현재 자석은 없다. 위의 전자석용 전극에 적당한 전류를 흘리면 양쪽의 고정 코일이 전자석이 되어 각각 S극과 N극을 형성한다. 이 실험에서는 전자석을 가동시키는 대신, 원판형 영구자석을 양쪽에 붙여 자기장을 형성한다. (주의: 자석의 힘이 매우 세므로 자석을 함부로 떼거나 옮기려다 자석을 부수거나 손을 다칠 수 있으니 별다른 문제가 없는 한, 그대로 두고 실험을 하도록 한다.)- 실험 진행 시 주의할 점 : 우리가 사용하는 실험 장치는 자석이 이미 부착되어 있다. 자석의 힘이 매우 세므로 자석을 함부로 떼거나 옮기려다 자석을 부수거나 손을 다칠 수 있으니 별다른 문제가 없는 한, 그대로 두고 실험을 하도록 한다. 또한 코일은 저항이 작아 많은 전류가 흐르므로 필요 이상의 전압이 가해져서 코일이 과열되지 않도록 확인해야 한다.(2) 자석을 붙인 후, N극과 S극 사이에 놓인 회전 코일이 어떤 힘을 받는지 확인해보라.- 균일한 자기장 속에서 도선에 자기력이 작용하려면 도선에 전류가 흘러야 한다. 우리가 사용하는 실험 장치는 자석이 이미 부착되어 있는 것이어서 자석을 붙이기 전과 후를 비교할 수 없지만, 코일에 자석을 가까이 두었을 때로 생각하여 결론을 내릴 수 있다. 코일은 자기력을 받을 것이다. 또한 이 자기장이 변한다면 전기장이 생길 것이다. 전기장이 생기면 전기력을 받을 것이다.(3) 회전 코일의 회전축의 납작판(브러쉬라고 한다)을 아래 그림과 같이 이동시키고 고정한다. 이 상태에서 오른쪽의 두 단자에 직류 전원을 연결하면 회전 코일에 전류가 흐르게 된다.(주의: 회전코일은 저항이 작아 많은 전류가 흐르므로 열이 발생하기 쉽다. 30초 이상 전류를 흘린 후에는 코일을 만져 온도를 확인해보라. 뜨거운 경우에는 열을 식혔다가 다시 전압 가한다.) 5 V 이하의 전압을 가한 상태에서 코일이 어떤 힘을 받는지 살펴보라. 예상과 일치하는가?- 자기장 안에서 도선에 전류가 흐를 때 전류의 방향과 자기장의 방향에 수직으로 자기력이 작용한다. (오른손 법칙) 회전코일이 세로로 정지해 있는 경우는 전류가 흐르는 도선에 작용하는 자기력을 통해 설명 가능하다. 가로의 경우는 코일에 전류가 흐르게 되어 회전코일이 자화되어 회전코일이 영구자석에 이끌린 것이다.(4) 만일 회전 코일이 같은 방향으로 계속해서 회전하도록 만드려면 어떤 장치가 필요하겠는지 생각해보라. 예를 들어, 직류대신 교류를 흘리면 모터가 계속 회전하도록 만들 수 있을까?- 직류 전류를 공급하면 회전코일이 힘을 계속 한 방향으로만 받기 때문에 코일이 회전을 하는 것이 아니라 진동을 하게 된다. 그네에 중력이 계속 아래쪽으로 작용해서 회전을 하지 않고 좌우로 진동을 하는 것과 같은 원리이다. 만약 그네를 탈 때 뒤에서 앞으로 가는 중에 중력이 아래로 작용하다가, 최하점을 지나는 순간 힘이 위로 작용한다면 그네는 한 바퀴 회전을 하게 될 것이다. 이와 같이 코일이 자석으로부터 받는 힘이 한 방향으로만 작용하면 코일은 회전을 할 수가 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 몇 가지 방법을 사용한다. 첫 번째로는 문제에서 주어진 대로 교류를 공급하는 것이다. 전류의 부호가 바뀌면 코일의 극이 바뀌게 되므로 힘의 방향이 바뀌게 된다. 또 다른 방법으로는 코일이 반대쪽으로 힘을 받을 때 전류를 차단하는 것이다. 코일이 힘을 받고 회전하다가 반대로 힘을 받으려는 순간 전류를 차단하면 코일은 더 이상 자석이 아니므로 힘이 사라지고 관성에 의해서 회전을 하게 된다. 다시 반 바퀴를 돌아오면 전류를 공급하여 힘이 작용하도록 하는 것이다.2. 모터의 원리(1) 이번에는 아래 그림과 같이 브러쉬를 원통의 중앙으로 이동하고 전류를 흘려보라. (원통이 회전함에 따라 브러쉬가 +극과 ?극을 교대로 접촉하도록 만든다.) 앞의 상황과 어떻게 다른가?- 앞의 상황 즉, 브러쉬가 각각 양 끝에 있을 때는 코일이 움직이지 않았다. 하지만, 브러쉬를 원통의 중심으로 옮긴 후에는 코일이 회전하기 시작했다.(2) 모터 제작에 있어서 회전축과 브러쉬의 역할은 무엇인가? (이 간단하고도 효과적인 아이디어에 감탄하지 않는다면 아직 모터의 원리를 이해하지 못한 것이다.)- 브러쉬를 원통의 중심에 옮기면 원통이 회전함에 따라 브러쉬가 +극과 -극을 번갈아 가면서 접촉하게 되어 직류를 교류로 바꿔주는 역할을 한다.6.5V 일 때6.0V 일 때(3) 회전 코일에 가해주는 전압에 따라 회전 속도가 어떻게 달라지는지 측정하고 그래프로 그려보라. (회전 속도를 측정하는 방법과 그 단위는 스스로 결정한다.) 외부 전압 외에 회전 속도에 영향을 주는 요소에는 또 어떤 것이 있겠는가? 모터의 입력전압은 최대 12 V, 전류는 최대 1A를 넘기지 않도록 한다.(주의: 회전코일은 저항이 작아 많은 전류가 흐르므로 열이 발생하기 쉽다. 가끔씩 코일을 만져봐서 과열되면 식혔다가 사용하도록 한다.)7.0V 일 때7.5V 일 때- 전압을 4.0V, 4.5V, 5.0V, 5.5V, 6.0V, 7.0V 로 총 6회의 회전 속도를 관찰하였다. 4.5V보다 낮은 전압에서는 코일이 잘 회전하지 않았다. 회전 속도가 달라지는 것을 확인하기 위해 각속도를 측정하려고 하였다. 이를 위해 회전 코일이 회전하는 모습을 슬로우 모션으로 촬영하여 회전 바퀴 수를 구하였다.직류전원의 전압(V)5.05.56.07.0회전바퀴 수(rev)0.130.3850.5000.760시간(s)1111각속도(ω)(rev/s)0.130.3850.5000.760전압이 커질수록 코일의 회전수가 많아졌다. 회전 수가 많아짐에 따라서 각속도 또한 증가하였다.외부 전압 외에 회전 속도에 영향을 주는 요소는vec{tau } `=` vec{mu } TIMES vec{B} `=`N`I` vec{A} TIMES vec{B} 에서 생각해볼 수 있다. 회전 속도에 영향을 미친다는 것은 토크에 영향을 미친다는 말과 같다고 생각할 수 있다. 따라서 회전속도에 영향을 주는 것은 회전 코일의 감은 횟수와 전류의 세기, 회전코일의 면적, 자기장의 세기 등이다.3. 발전기의 원리코일을 통과하는 자기장의 세기가 ‘변화’하면 코일에 전류가 유도된다. 이를 이용하면 전원 없이도 전류를 만들어낼 수 있는데, 이를 발전기라고 부른다.(1) 아래 그림과 같이 코일에 자석을 가져가거나 자석을 멀리 치우면 (자기장의 세기가 변하는 순간에 한해) 코일에 전압이 유도되고 따라서 전류가 흐른다. 이 때 만들어지는 전압은 직류전압일까, 교류 전압일까?- 교류 전압이다.- 막대자석을 코일에 가져가거나 멀리 치우면, 코일에 전압이 유도된다. 이 때 렌츠의 법칙에 따르면 전자기 유도에 의해 만들어지는 전류는 자속의 변화를 방해하는 방향으로 흐른다.즉, 자석의 N극이 코일에 가까워지면 자속의 증가를 방해하는 방향인 시계방향으로 전류가 흐르고, 오른쪽 그림에서 자석의 N극이 코일에서 멀어지면 시계 반대 방향으로 전류가 흘러 자속의 감소를 방해한다. 따라서 자석의 운동 방향에 따라 전류의 방향이 바뀌므로 이 때 만들어지는 전압은 교류전압이다.(2) 그러나 이런 방식의 발전기는 불편한 점이 많다. 첫째로, 자석을 왕복시키는 장치를 만들기가 번거롭고, 둘째로, 만들어지는 전압이 교류 전압이다.모터의 구조를 잘 살펴보면 직류 전기를 만드는 발전의 목적에도 적합함을 알 수 있다. 단, 모터의 경우에는 자석이 양쪽에 고정되어 있고, 대신 코일이 회전을 한다. 손으로 코일을 회전시키면서 코일 양 끝에 유도되는 전압을 측정하여 보라. 이 전압은 교류 전압인가, 직류 전압인가? 최대 몇 V 정도 얻을 수 있는가?- 이 실험은 전기에너지를 역학에너지로 전환시켜주는 모터의 원리를 역으로 사용한 것이다. 손으로 회전시킬 경우 회전코일의 회전이 전기다발수를 바꿔 유도 기전력이 생긴다. 원통에 홈이 없다면 교류전압이 생기겠지만, 원통의 홈이 전류의 방향을 일정하게 해주기 때문에 직류전원이 생긴다. 멀티미터를 이용하여 전압을 측정하였으며, 약 4.05V의 전압을 얻을 수 있었다(3) 이 발전기를 사용해서 주어진 꼬마전구에 불을 켤 수 있겠는가? 다른 조와 협동하는 방법도 생각해보라.- 사진에서 볼 수 있듯이, 발전기를 이용해 꼬마전구에 불을 켤 수 있었다. 다른 조들은 여러 개의 발전기를 연결해야 꼬마전구의 불을 켤 수 있었으나 우리 조는 한 개의 발전기 만으로 쉽게 전구에 불이 들어왔다. 이 차이에 대해 고민을 해 보았는데 우리 조 발전기의 자석의 세기, 코일의 감은 횟수 등이 다른 조의 발전기보다 커서 작은 힘으로 더 높은 전압을 만들어 낸 것이라고 생각한다.

자연과학| 2024.01.08| 9페이지| 2,000원| 조회(191)

일반물리실험, 전남대, 결과레포트, 일물실

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[전남대/일반물리실험2] 결과 레포트 / 실험6 전자기파의 특성 / 성적 1등 / A+

일반물리실험2 결과 보고서6. 전자기파의 특성학과학번이름분반1. 실험 목적과 준비물 및 이론(1) 실험 제목전자기파의 특성(2) 실험 목적전자기파의 투과 및 전파 특성을 이해한다.(3) 준비물개인 스마트폰 2개, 알루미늄 박막, 주변의 다양한 재료들, 모눈종이(4) 실험 이론● 전기장과 자기장으로 이루어진 전자기파의 진행⑴ 전자기파 : 전기장과 자기장이 시간에 따라 변하면서 공간을 퍼져나가는 파동. 1864년 맥스웰이 완성⑵ 전자기파의 주요 특징① 빛과 동일하며 속력이 30만 km/s이다.② 전기장과 자기장이 수직으로 진동하는 횡파이다.⑶ 파장과 진동수에 따른 전자기파의 구분 : 선이 가장 파장이 짧고 진동수가 크다.● 전파의 전달 특성- 전파는 안테나에서 방사된 후 직진, 반사,산란, 굴절, 회절하면서 전달된다. 전파의 기본 전달특성으로서 같은 성질의 매질을 통과시는 직진하면서 절달된다. 전파진행중 다른매질(건물,산악,전리층 등)에 부딪칠 경우에는 반사되어 전달된다.● dBm의 정의- Bm이란, mW 단위의 전력을 dB 스케일로 나타낸 단위 를 의미합니다. 상용화된 RF에서는 작은 전력을 다루는 경우가 많습니다. W단위가 아닌 보통 mW단위의 전력을 주로 다루기 때문에, 기준의 간편함을 위하여 mW를 기준으로 만든 dB 전력값을 dBm이라 부르는 것이지요.2. 실험 과정 및 결과1. 휴대용 통신용 전자기파(1) 자신의 휴대폰에서 나오는 전자기파가 통과하지 못하는 물질은 무엇일까? 휴대폰을 특정한 물질로 감싸고 통신이 가능한지 실험으로 확인해보라.- 전자기파는 물이나 금속을 통하지 못한다. 이를 확인하기 위해 준비물 중 알루미늄 박막(호일)을 이용하여 핸드폰을 감싸고 전화를 걸어보았다. 수신 확인 결과 알루미늄 박막을 감쌌을 때는 연결이 되지 않다가 알루미늄 박막을 제거한 후 전화가 연결 되었다. 이를 통해 휴대폰에서 나오는 전자기파는 금속 물질을 통과하지 못하는 것을 확인할 수 있었다.(2) 전자기파의 일종인 빛은 종이 몇 장의 두께를 투과하지 못하는데, 휴대폰 전자기파는 어떠한가? 그 이유가 무엇일까?- 핸드폰을 종이로 감싸고 전화를 걸어보았다. 실험 결과 전화 수신이 되지 않음을 확인할 수 있었다.- 전자기파는 빛의 일종이며, 파동의 성질을 띤다. 빛 또한 파장의 특성을 지닌다. 빛이나 전자기파는 파장만 다를 뿐 물리적 본질은 같다. 일반적으로 파장이 짧을수록 투과력이 약해지고, 파장이 길수록 투과력이 강해진다. 빛의 파장은 380~780nm 이며 휴대폰 전자기파의 파장은 1mm - 1m의 파장을 가진다. 따라서 파장이 짧아 투과력이 약한 빛은 종이를 투과하지 못하고, 파장이 길어 투과력이 강한 휴대폰 전자기파는 종이를 투과할 수 있는 것이다.2. 거리에 따른 전자기파의 세기(1) 전화나 메시지 등의 통신에서는 휴대폰이 기지국과 신호를 주고받는 것에 반해, 블루투스 통신은 기지국을 거치지 않고 두 스마트 폰끼리 직접 신호를 주고받는다. 블루투스 통신은 약 2.4 GHz의 주파수를 사용한다. 두 개의 스마트 폰 사이에 블루투스 통신이 가능한 최대의 거리는 대략 얼마인지 실험을 통해 확인해보라.- 줄자에 핸드폰을 두고 거리를 멀어지게 하여 블루투스 신호의 세기를 확인해 보았다. 두 개의 핸드폰 사이의 거리가 멀어질수록 블루투스 신호가 떨어지는 모습을 보였다. 핸드폰을 가까이 두었을 때는 -19dBm 이었는데 거리가 멀어질수록 -39dBm, -49dBm, -49dBm, -53dBm, -58dBm -68dBm 로 점차 감소하였다. 실제로 핸드폰에서 블루투스로 연결 가능한 기기 목록을 확인할 수 있는데 거리가 50m 이상이 되자 내 기기에 상대방의 기기가 뜨지 않았다. 이를 통해 스마트 폰 사이에 블루투스 통신이 가능한 최대의 거리가 약 50m 정도로 확인할 수 있었다.가장 가까이 두었을 때 -19dBm 휴대폰 사이의 거리가 0.25m일 때 : -33dBm(2) 안드로이드 폰 : 또는 , 아이폰 : 또는 라는 스마트폰 앱을 설치하면 상대방의 폰이 보내는 블루투스 신호의 세기를 알 수 있다. 두 스마트 폰의 거리에 따른 신호의 세기를 조사하고, 그래프로 나타내보라. (컴퓨터가 없으면 손으로 대략이나마 그려보고 다음 실험을 진행하는 것이 좋다.)- 휴대폰 사이의 거리가 멀어질수록 전자기파 세기가 어떻게 변하는지 관찰하였다. 휴대폰 사이의 거리가 증가할수록 전자기파 파워가 감소하는 양상을 확인할 수 있었다.00.2m0.4m0.6m0.8m1.0m휴대폰 사이의 거리에 따른 신호의 세기 측정 사진(3) dBm의 단위는 아래와 같이 정의된다.dBm = 10 * Log10(전자기파 파워/1 mW)연습삼아, 아래 표를 채워보며 W와 dBm 사이의 단위 변환을 해보라.W 단위dBm 단위1 mW0 dBm100 mW20 dBm200 mW23 dBm1 W30 dBm1 μW-30 dBm(4) (2)의 데이터에서 dBm을 W 단위로 환산해서 다시 그래프를 그려보라. 예상한 바와 비슷한가?- (2)의 그래프와 비슷한 개형이 나올 것이라고 예상하였다. 하지만 환산 결과 휴대폰 사이의 거리 0~0.2m에 대한 전자기파 W 값에서 큰 차이가 존재했다.3. 알루미늄 박막과 전자기파(1) 2.4 GHz 전파가 알루미늄 박막을 투과하는지, 또 얼마만한 틈이 있으면 통신이 가능해지는지 실험으로 확인해보라. 전자기파의 일종인 빛은 바늘구멍만 있어도 통과하는데, 휴대폰 전자기파는 왜 통과하지 못하는가? 투과 가능한 구멍의 크기는 무엇에 의해 결정될까?- 빛과 전자기파는 알루미늄 박막을 통과할 수 있지만 휴대폰 전자기파는 비교적 적은 양이기 때문에 통과하지 못하는 것이다. 빛의 파장은 380~780nm으로 전자기파에 비해 파장의 길이가 짧기 때문에 직진성이 강하고 이에 따라 바늘구멍만 있어도 통과가 가능하다. 하지만, 휴대폰 전자기파의 파장은 1mm ~ 1m의 긴 파장을 가지기 때문에 통과할 수 있는 구멍의 크기가 커야한다. 이를 통해 투과 가능한 구멍의 크기는 파장의 길이에 따라 결정됨을 알 수 있다.(2) 전자기파를 반사시키는 알루미늄 박막은 전자기파를 차단하는 용도 외에도, 전자기파를 사방으로 흩트리지 않고 특정한 방향으로 진행하도록 만드는 용도로도 사용할 수 있다. 두 개의 스마트폰을 적당히 떨어뜨린 후, 그 사이에 적정한 형태로 알루미늄 박막을 설치하여, 그 전보다 블루투스 신호의 세기가 증가하도록 만들어보라. 어떤 형태로 설치하는 것이 가장 효과적인가?- 전자기파를 사방으로 흩트리지 않게 하기 위해 알루미늄 박막을 이용해 터널처럼 두 핸드폰 사이를 감싸는 식으로 만들어 주었다. 알루미늄 박막을 설치하기 전과 설치한 후의 블루투스 신호의 세기를 측정한 결과 각각 -42dBm, -29dBm으로 알루미늄 박막이 블루투스 신호의 세기를 증가하도록 했음을 확인할 수 있었다.* 이와 같이 금속판(또는 박막)은 전자기파를 반사시키고 차단하는 용도 외에도, 전자기파를 손실 없이 원하는 곳으로 보내는 데에도 사용된다. 두 번째 경우를 도파로(waveguide)라고 한다.4. [중요] 이 실험에서 특별히 인상적이었던 것이나 이 실험을 통해서 새롭게 알게 된 것, 떠오르는 의문 등을 적어보자.옆의 사진과 같은 정보에 대한 근거를 확인할 수 있는 실험이었다. 두 개의 휴대폰 사이의 거리가 멀어질수록 눈에 띄게 신호 세기가 감소하는 점을 보면, 실제로 휴대폰을 얼굴에 멀리 떨어져서 두는 것이 전자파를 줄일 수 있는 가장 효과적인 방법일 것이다. 또한 빛이나 전자기파는 파장만 다를 뿐 물리적 본질은 같으며 일반적으로 파장이 짧을수록 투과력이 약해지고, 파장이 길수록 투과력이 강해진다는 사실을 알게 되었다. 실험 3의 (2)를 통해 도파로에 대한 정보를 찾아 보았다. 실제로 빛이 굴절율이 큰 매질 밖으로 빠져나가지 못하고 계속 그 안을 따라서 진행하게 만드는 광도파로를 이용하여 광PCB용 신호전달 역할을 하는 매체 등에 대한 연구가 이루어짐을 확인할 수 있었다. 실험을 통해 물리적 성질에서 시작하여 실제 연구에 어떻게 적용되고 확장되는지 확인할 수 있었다.

자연과학| 2024.01.08| 8페이지| 2,000원| 조회(314)

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[전남대/성찰과 소통을 위한 글쓰기] 논설문과 칼럼 글쓰기 / A+ / 우수과제 선정

인공지능이 드러내는 편향은 사람만이 해결할 수 있다학부 학과학번 이름얼마 전 삼성전자에서 ‘삼성 AI 포럼 2021’을 개최했다. 최신 인공지능 기술의 현황과 인공지능의 미래 발전에 대한 견해를 공유하는 포럼이다. 인공지능은 단순히 프로그래밍 분야에서만 사용되는 것을 넘어섰다. 반도체 소자를 예측하거나 OLED 구동회로를 위한 최적 설계를 찾아내는 등 다양한 산업 군에서 사용하고 있으며 순수 과학계에서도 인공지능 기술을 접목하여 사람이 할 수 있는 연구적 퍼포먼스를 넘어서는 결과물을 내고 있다. 이처럼 인공지능과 관련하여 엄청난 기술 발전이 이루어지고 있지만 그와 동시에 인공지능 기술에 대한 우려도 나타나고 있다. 대표적인 사례는 인공지능의 데이터 편향성 문제이다. 완벽할 것 같은 인공지능은 편향된 결론을 내리고 있으며, 이로 인해 차별 받는 것은 사회적 약자, 여성, 흑인과 같은 취약계층이다. 인간은 배운 대로 말한 인공지능에게 책임을 물을 수 있을까? 인공지능이 가진 데이터 편향성을 해결하기 위한 고민과 노력이 필요하다.배운 대로 말한 ‘이루다’는 책임이 없다지난 해 ‘이루다 사태’가 불거지면서 인공지능 윤리가 사회적 논란이 됐다. AI 챗봇 이루다가 여성·유색인종·장애인·성소수자 등을 향해 혐오발언을 쏟아내면서다. 왜 이러한 일이 일어났을까? AI 기술은 머신러닝 학습모델을 만드는 것이다. 주어진 수많은 데이터에서 반복되는 패턴을 찾아 분류하고 인식한다. 데이터가 많을수록 정확도가 높은 결과물을 내놓는다. 즉, 인공지능 기술 개발에 주가 되는 것은 ‘데이터 학습’이다. 이루다 사태는 이 데이터 학습 과정에서 사회의 불평등, 취약점, 편견이 들어간 편향된 데이터들을 학습하여 일어난 일이다. 사실 ‘이루다’가 드러낸 문제는 이미 예견된 일이었다. 인풋 데이터는 인간에 의해 만들어진 것이며, 인공지능이 드러내는 편향 혹은 문제들은 인공지능 자체의 기술 결함이 아니라 인간이 역사적으로 쌓아 온 내용들을 학습하면서 생긴 결과인 경우가 대부분이기 때문이다. 이루다가 드러낸 젠더 편향은 잘못된 데이터 셋 뿐만 아니라 데이터를 생성하는 딥러닝 개발자들의 성별에 따라서도 영향을 받을 수 있다. 실제로 현재 활동하는 딥러닝 개발자 중 여성의 비중이 13% 수준이라는 조사는 다양성이 무시될 수 있는 잠재적 문제를 내포하고 있음을 보여준다.구글이 쏘아올린 AI 원칙인공지능이 편향된 데이터를 학습하는 것을 방치한다면 어떤 일이 일어날까? 혐오 및 편향 표현이 확산되었다 하더라도 일반인들은 그것이 기술적 문제라는 것을 알기 어렵다. 또한 인터넷 상의 혐오 및 차별 표현은 지속성, 확산성, 규제 부재 등의 성격을 가지고 있어서 빠르고 광범위하게 확산된다. 따라서 인공지능이 가질 수 있는 데이터 편향성을 개선하는 것이 필요하다. 실제로 많은 기업들은 데이터 편향성과 머신러닝의 공정성을 수학적으로 설계하는 방법에 대해 논의하고 있다. 실제로 구글은 ‘불공정한 편견을 만들거나 강화하지 않는다’라는 AI 원칙을 내세웠다. 성 중립적인 단어를 번역하면 여성형과 남성형 두 가지를 모두 보여주는 방식으로 개선됐다. 이전에는 AI가 알아서 성별을 나타내는 대명사를 판단했다. 따라서 의사는 남성으로, 간호사는 여성으로 지칭하는 경우가 있었다. 이 밖에도 개방형 이미지 데이터 세트를 공유하는 등 공정성을 높이는 다양한 오픈소스 툴을 개발하고 있다. 배키 화이트 매니저는 “구글 제품은 많은 인구가 사용하며 모두가 접근할 수 있는 플랫폼을 지향하기 때문에 머신 러닝에 있어 공정성은 중요한 문제”라고 말했다.AI 윤리를 수호하기 위한 인간의 노력이처럼 인공지능과 머신러닝 앞에서 인간의 역할이 중요하다. 구글의 사례처럼 인공지능 개발에 대한 가이드라인을 명시하고 확립하는 것이 선행되어야 한다. 다음으로 중요한 것은 교육이다. 인공지능의 공정성은 인공지능을 만드는 사람들이 결정할 수 있다. 데이터의 편향성을 판단하는 수학적 기준을 정하는 것은 개발자의 손에 달려 있기 때문이다. 따라서 인공지능을 배우는 단계부터 인공지능 윤리에 대한 충분한 교육이 필요하다. MIT, 하버드대 등 유수 대학은 AI 윤리 교육 프로그램을 별도로 만들었다. 뉴욕대에서는 ‘책임감 있는 데이터사이언스’라는 AI 윤리 과목을 이수해야만 한다. 카이스트의 최재식 교수는 “알고리즘을 만드는 개발자뿐만 아니라, AI 전체를 설계하는 기획자까지 모두 교육이 이뤄질 때 이 효과가 나타날 것”이라고 말했다.기술적인 방법으로 해결 한다개발자의 노력 뿐 만 아니라 기술적인 방법도 시도하고 있다. 탈편향(debias)알고리즘이라고 부르는데, 기계 학습 전에 데이터에서 해당 편향성을 제거하는 방식이다. 대표적인 사례가 시카고 대학교에서 만든 ‘애퀴타스,(Aequitas)'라는 툴킷이다. ‘애퀴타스’는 기계 학습 개발자, 분석자, 정책결정권자들이 기계 학습 모델에 있어서 차별과 편향을 탐지할 수 있도록 만든 오픈 소스 도구이다. 웹 사이트에 검사가 필요한 데이터만 올리면 몇 가지 절차 뒤에 바로 편향성 보고서를 발행해 주기 때문에 코딩에 익숙하지 않은 사람들도 쉽게 학습 데이터의 문제 여부를 검증해 볼 수 있다. 편향성을 계산한 방법과 관련한 공식들도 홈페이지를 통해 모두 공개하고 있으며, 해당 계산을 이용자가 자신의 관점에 맞게 변경해 실행할 수도 있게 했다. 구글의 ‘What-If Tool'이나 IBM이 만든 '편향성 완화 툴킷, AIF 360' 또한 편향을 예측해 시각화해 비교할 수 있게 했다. 이러한 서비스는 단순히 AI가 가진 문제를 해결할 뿐만 아니라 기술을 만들고 출시하는 과정을 통해 개발자에게 데이터 편향성에 대한 문제의식을 각인시키고, AI 윤리 의식을 제고할 수 있다.

독후감/창작| 2024.01.08| 2페이지| 2,000원| 조회(622)

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[전남대/일반물리실험2] 예비 레포트 / 실험9 기하광학 / 성적 1등 / A+

일반물리실험 2 예비 보고서- 굴절률이 n1과 n2서로 다른 두 매질이 맞닿아 있을 때 매질을 통과하는 빛의 경로는 매질마다 광속이 다르므로 휘게 되는데, 그 휜 정도를 빛의 입사 평면 상에서 각도로 표시하면 θ1과 θ2가 된다. 이때 스넬의 법칙은 다음과 같이 정의된다.{sin theta _{1}} over {sin theta _{2}} = {v _{1}} over {v _{2}} = {lambda _{1}} over {lambda _{2}} = {n _{2}} over {n _{1}} 또는n _{1} sin theta _{1} =n _{2} sin theta _{2}- 스넬의 법칙은 굴절이 일어나는 정도가 두 매질의 굴절률의 비에만 의존하고 각각의 굴절률에는 무관하다는 것을 말해주고 있다.9. 기하광학학과이름학번분반실험 목적 : 빛의 굴절과 반사를 이해하고 렌즈를 응용할 수 있다. 실험을 마치고 나면 조교가 내는 문제를 풀어 합격 판정을 받아야 한다.준비물 : 기하광학실험 set (레이저 광선 상자, 다양한 렌즈들), 레이저 포인터 3개, 분무기, 일반 렌즈 1개예비 보고서 : 다음의 개념에 대해 이해하고 정리해온다.- 굴절 법칙(스넬의 법칙), 전반사, 렌즈 공식1. 굴절 법칙 (스넬의 법칙)2. 전반사- 반사율이 100%인 빛의 반사, 즉 빛이 물질의 경계면에서 모두 반사하는 현상이다. 빛이 광학적으로 굴절률이 큰 물질에서 작은 물질로 입사할 때, 입사각이 어느 특정 각도(임계각) 이상이면 그 경계면에서 빛이 전부 반사 되어 버리고 굴절광선은 존재하지 않게 된다. 이러한 현상을 전반사라고 하며, 전반사가 일어날 수 있는 입사각의 최소 값을 임계각이라고 한다.● 전반사가 일어나는 조건i) 밀한 매질에서 소한 매질로 빛이 진행될 때ii) 입사각이 임계각보다 커야 한다.iii) 임계각이 작을수록 전반사가 잘 일어난다.3. 렌즈 공식-렌즈 방정식은 물리학에서 모든 광선이 근축광선이라고 가정했을 때, 얇은 렌즈에서 물체거리, 상거리, 초점거리 간의 관계를 나타낸 식을 말한다. 물체거리를 p, 상거리를 q, 초점거리를 f라 뒀을 때 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

자연과학| 2024.01.08| 1페이지| 1,000원| 조회(214)

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