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[A+의 선택] Graham 법칙

Graham 법칙실 험 일 :지도교수님 :조별 명단 :제 출 자학 과 :학년 / 반 :학 번 :이 름 :1. Abstract이 실험에서는 암모니아 기체와 염화수소 기체의 확산속도가 어떻게 다른 가를 실험을 한다. 유리관의 양쪽 끝에 각각 암모니아와 염화수소를 동시에 넣고 얼마동안 기다리면 기체 암모니아는 염화수소와 반응하여 관의 내부에서 흰 연기처럼 보이는 고체 염화암모늄(NH4Cl)이 생성되는 것을 관찰할 수 있다.따라서 일정시간 동안에 각 기체가 확산한 거리를 직접 측정할 수 있게 된다. 유리관의 양쪽 끝에서 염화암모늄(NH4Cl)이 생기는 점까지의 측정한 거리를 가지고 구한 속도와 그레이엄의 법칙을 통하여 계산한 속도를 비교함으로써, 기체나 액체의 확산속도는 물질의 분자량의 제곱근에 반비례한다는 그레이엄의 법칙(Graham's law)이 실제로 성립하는지를 살펴보는 기체의 확산 속도 실험이다.2. Introduction기체는 물리적으로 혼합시키지 않더라도 다른 기체와 잘 섞일 수 있으며, 어떤 기체가 확산하는 속도는 그 기체의 밀도 또는 분자량에 의존한다는 것을 분자운동론으로부터 알 수 있다. 그레이엄은 기체의 확산 속도는 그 기체의 밀도 또는 그 분자량의 제곱근에 비례하는 관계를 기체의 밀도로써 표시하였다.다음의 실험은 유리관의 한쪽에서는 염산에서 유리되는 염화수소, 또 다른 쪽에서는 수산화암모늄에서 유리되는 암모니아를 각각 공기를 통하여 확산하게 하고, 이 기체들이 만나는 점인 염화암모늄(NH4Cl)의 흰 고리가 생기는 것을 확인한다.실험에 앞서 염산이 피부에 묻으면 피부를 상하게 할 염려가 있으므로 취급에 주의해야하며 수산화암모늄이 들어있는 바이알과 염산이 들어있는 바이알은 멀리 떨어지게 놓아 두어야한다.3. Theory1) 기체 분자 운동론(kinetic theory of gas)① 기체 분자는 끊임없이 불규칙한 직선 운동을 한다.② 기체 분자가 차지하는 부피는 용기의 부피에 비하여 너무 작아서 무시한다.③ 기체 분자 사이에는 인력이나 반발력이 작용하지 않는다.④ 기체 분자는 충돌해도 운동 에너지를 잃지 않고 에너지 손실이 없다. (완전탄성충돌)⑤ 기체 분자의 평균 운동 에너지는 절대 온도에 비례한다.기체 분자의 질량이 작을수록, 같은 기체일 때는 압력이 낮고, 온도가 높을수록 기체 분자 운동론에 잘 적용된다.2) 확산밀도 차이나 농도 차이에 의해 물질을 이루고 있는 입자들이 스스로 운동하여 농도(밀도)가 높은 쪽에서 농도(밀도)가 낮은 쪽으로 액체나 기체 속을 분자가 퍼져 나가는 현상이다. 기체에서 확산이라고 하면, 기체 분자가 빠르고 불규칙한 운동을 하면서 다른 기체 속으로 퍼져 나가는 것을 말한다.물이 담겨져 있는 컵에 잉크를 한 방울 떨어뜨리면 시간이 지남에 따라 잉크가 퍼져 나가 섞이면서 물 전체가 균일한 색을 나타내게 된다. 이것을 확산이라 하며 액체, 기체, 공기가 없는 진공 속에서 관찰할 수 있다.물에서 보다는 공기 중에서 확산 속도가 빠르고, 공기보다는 진공 속에서 확산 속도가 빠르다. 또한 물질이 퍼져 나가는 속도, 즉 확산 속도는 분자의 무게가 가벼울수록, 온도가 높을수록 빠르다.방안에 꽃향기나 방향제의 향기가 퍼져나가는 것, 대기나 해수가 일정한 조성을 가지는 것, 흙 속과 식물체 내의 농도 차에 의해 물이 이동해가는 삼투 현상도 확산이라 볼 수 있다.3) 그레이엄의 법칙(Graham's law)그레이엄의 법칙(Graham's law)은 일정한 온도와 압력에서 기체의 확산 속도(v)는 그 기체 분자량(M)의 제곱근에 반비례함을 나타낸 법칙이다. 이 법칙은 기체의 평균 운동 에너지가 기체의 종류에 관계없이 절대 온도에 비례한다는 기체 분자 운동론에 기초하고 있는데 이러한 논리를 바탕으로 같은 온도에서의 두 기체 1, 2를 이용해서 그레이엄의 법칙을 유도하면 기체 1과 기체 2의 평균 운동 에너지는 다음과 같다.K _{1} =` {1} over {2} m _{1} (v _{1} ) ^{2} , K _{2} =` {1} over {2} m _{2} (v _{2} ) ^{2}(K는 평균 운동 에너지, m은 기체의 질량, v는 기체입자의 평균속력)같은 온도에서는 모든 기체는 평균 운동 에너지가 같으므로K _{1} =`K _{2}{1} over {2} m _{1} (v _{1} ) ^{2} `=`` {1} over {2} m _{2} (v _{2} ) ^{2}m _{1} (v _{1} ) ^{2} =m _{2} (v _{2} ) ^{2}, LEFT ( {v _{1}} over {v _{2}} RIGHT ) ^{2} = {m _{2}} over {m _{1}}THEREFORE ` {v _{1}} over {v _{2}} `=` sqrt {{m _{2}} over {m _{1}}} `=` sqrt {{d _{2}} over {d _{1}}}기체의 분자량은 기체의 밀도(d)에 비례하므로 기체의 확산 속도는 기체 밀도의 제곱근에 반비례한다고도 할 수 있다.그레이엄의 법칙은 작은 구멍을 통해 분출되는 두 기체의 혼합물에 적용할 수 있다. 가벼운 분자가 무거운 분자보다 더 빨리 분출되므로, 분출된 기체 속에는 가벼운 분자가 더 많을 것이다. A보다 B가 무거운 분자인 경우, 농축인자(enrichment factor)는sqrt {{M _{B}} over {M _{A}}}가 된다.4. Procedure/Methods실험 기구 : 탈지면, 자, 유리관, 핀셋, 바이알, 클램프실험 시약 : NH3, HCl① 유리관을 클램프로 고정하여 장치한다.② 한 바이알에는 수산화암모늄액을 붓고 다른 쪽 바이알에는 진한 염산을 부어 이 바이알을 떨어지게 놓아 둔 후에, 핀셋을 이용하여 수산화암모늄을 적신 한 솜뭉치와 염산을 적신 다른 솜뭉치를 유리관의 양 끝에 동시에 넣는다.③ 암모니아 기체와 염화수소 기체가 만나 흰 고리가 생길 때의 위치와 솜뭉치 사이의 거리를 측정한다.5. Results/dataNH3(g) +HCl(g) → NH4Cl(s)유리관의 양쪽 끝에 진한 염산과 진한 암모니아수를 묻힌 솜을 동시에 넣고 고무마개로 막아 두면, 진한 염산 가까운 쪽에 흰 연기가 생기는 것을 관찰할 수 있었다. 즉, 가벼운 암모니아 기체가 무거운 염화수소 기체보다 더 빨리 퍼져 나가기 때문에 염산 쪽 가까이에서 반응이 일어나며 흰연기인 염화암모늄(NH4Cl)이라는 물질이 생성된다.DataNH3HCl 이동거리(cm)46 cm28 cm 이동거리(cm)14.5 cm9 cm 이동거리(cm)15 cm11 cm< 확산속도의 비 >그레이엄의 법칙에 따른 속도비실험에 따른 속도비그레이엄의 법칙에서 기체의 확산 속도(v)는 일정 온도와 압력에서 분자량(M)의 제곱근에 반비례한다. 두 기체의 분자량으로 그레이엄의 법칙에 따라 속도비를 구해보면{v _{A}} over {v _{B}} = sqrt {{M _{B}} over {M _{A~}}}A = NH3 , B = HCl 라 두면MA = 17 , MB = 36.5⇒ {v _{A}} over {v _{B}} ＝ 1.47동일한 시간에 NH3, HCl 두 기체가 간 거리를 구하게 되면 거리의 비로부터 속도를 구할 수 있다.< 실험 1 >{v _{A}} over {v _{B}} ＝{46} over {28} ＝ 1.64< 실험 2 >{v _{A}} over {v _{B}} ＝{14.5} over {9} ＝ 1.61< 실험 3 >{v _{A}} over {v _{B}} ＝{15} over {11} ＝ 1.36⇒ 세 번의 측정값으로부터 평균한 확산속도의 비 ＝ 1.536. Discussion of results염화수소 기체와 암모니아 기체가 각각 공기를 통하여 확산해서 이 기체들이 만나는 점인 염화암모늄(NH4Cl)의 흰 고리가 생기는 것을 확인을 했지만 그레이엄의 법칙에 따른 속도비와 실험에 따른 속도비를 계산한 결과, 0.06 차로 3%의 오차가 발생했다.이런 오차가 생긴 원인을 살펴보면, 먼저 솜뭉치에 수산화 암모늄용액과 염산용액을 묻혀 유리관 안에 넣는 과정 중에 발생한 오차를 생각할 수 있다.염산 용액과 수산화암모늄 용액을 묻힌 솜뭉치를 넣고 유리관 끝을 확실히 막기 위해서 양끝에다 솜뭉치를 더 넣었는데, 솜뭉치가 처음 위치보다 약간씩 더 밀려들어갔다. 이 부분에서 양쪽의 길이 비가 달라져서 오차가 발생했었음을 생각할 수 있다. 또, 유리관 양쪽에 정확히 동일한 시간에 솜뭉치를 넣지 못한 점도 오차가 발생한 원인이라고 본다.위에서 언급한 문제들을 어느 정도 해결할 수 있는 좀 더 개선된 실험 방법을 생각해 보았다. 플라스크에 각각 염산용액과 수산화 암모늄용액을 각각의 플라스크에 넣고 고무호스가 연결된 고무마개로 막는다. 이때 두 플라스크 안의 염화수소의 증기압과 암모니아의 증기압이 같도록 두 플라스크 안의 각각의 용액의 양을 조절해 넣고 두 플라스크 안의 용액의 온도는 같도록 유지시킨다. 고무호스를 클램프로 조인 후 유리관과 연결시킨다. 그 다음 충분히 기체들이 호스의 끝까지 확산되기를 기다린 후 동시에 클램프를 열어 기체가 확산되도록 한다면 좀 더 정확한 실험이 될 것이다.그러나 이 밖에도 실험 자체의 한계로 인한 오차가 존재한다.유리관에서 처음으로 생기는 흰색 고리(NH4Cl)을 형성할 때의 거리를 재었는데, 이는 어느 정도의 부정확성을 가질 수밖에 없다고 본다. 우리가 이론상 계산한 염화수소와 암모니아 분자들의 속도는 각 용액의 기체 분자들의 평균 속도이지만, 유리관에서 처음 ＂흰색 고리＂를 만드는데 관여한 각각의 분자들이 염화수소와 암모니아 각 기체 분자들의 평균 속도를 가지는 분자들이라고 볼 수는 없으므로 이 부분도 어느 정도의 한계를 지니고 있다고 생각한다.7. Conclusions질량이 다른 암모니아 기체와 염화수소 기체를 동시에 넣어 이 기체들이 만나자 관의 내부에서는 흰 연기처럼 보이는 고체 염화암모늄(NH4Cl)이 생성되었다. 이 부분을 기준으로 각 기체가 확산한 거리를 통하여 구한 속도비로 우리가 실험한 확산속도가 '기체나 액체의 확산속도는 물질의 분자량의 제곱근에 반비례한다'는 그레이엄의 법칙(Graham's law)이 실제로 성립하는지를 살펴보는 시간이었다.

공학/기술| 2013.11.17| 7페이지| 1,500원| 조회(314)

기체분자운동론, 염화암모늄, Graham 법칙, 그레이엄 법칙, 암모니아 기체

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『조벽 교수의 명강의 노하우 & 노와이』를 읽고

『조벽 교수의 명강의 노하우 & 노와이』를 읽고▷ 내용 요약1장. 강단에 서기 전에 준비할 것들1. 교육 철학을 써보자여러 가지 강의를 맡았을 경우, 강의에 대한 선택을 해야한다. 조벽 교수는 한 과목을 선정하여 그 과목만큼은 철저히 준비하라고 말하고 있다. 조벽 교수는 자신만의 교육 철학을 써보라고 말한다. 여기서 교육 철학은 어느 누구도 아닌 교사 자신만을 위한 글이다. 네 가지 내용을 제시하고 있다. ① 목적 - 학생들에게 어떤 영향을 주려 하는가? ② 방법 - 목적을 어떻게 달성하고 하는가? ③ 측정 - 목적 성취도 어떻게 측정하는가? ④ ‘남을 가르치는 일’이 자기 자신에게 왜 중요한가다.2.가르치는 사람으로서 자기 개념 찾기가르치고 배우는 데에는 스승과 제자의 만남이 전제된다. 따라서 가르치기와 배우기에 대해서 알고자 한다면 이 두 존재에 대해서 좀더 깊이 있게 알아야 할 것이다. 조벽 교수는 교사 스스로가 자신에 대해 어떤 자기 개념(self-concept)을 가지느냐에 따라 학생들을 대하는 태도와 가르치는 방법이 정해지기 때문에 자기 개념을 가지는 것이 좋다고 말하고 있다. 그리고 일방적인 자기 개념도 중요하지만 교사 스스로가 학생과의 관계를 어떻게 의식하는가도 매우 중요하다고 말한다.3. 나는 얼마나 유능한 교사인가유능한 교사의 핵심 특성에 대한 연구를 살펴보면 다음과 같다. “학생들을 위한 배려, 수업 내용에 관한 지식, 흥미 유발, 학생들에게 충분한 시간을 할애함, 토론을 장려함, 명확하게 설명하는 능력, 열의, 준비”. 따라서 유능한 교사는 학생들에게 ‘무엇(전문지식)’을 ‘어떻게(강의 기술)’ 가르칠 것인가를 아는 동시에 이를 행동으로 옮기고 싶어하는 마음 자세를 가져야 한다.4. 최고의 수업에는 핵심이 있다.훌륭한 강의란 학생들에게 무엇(전문 지식)을 어떻게(테크닉) 배운다는 것과 그것을 배우고 싶어하는 마음(태도)을 전달하는 것이다. 결국 교육의 최종 목적은 학생 스스로가 교육의 책임을 갖도록 하는 것이다.5. 강연 공포증 극복하기① 알기 : 비언어적 의사 전달 효력을 알아서 커뮤니케이션 효과를 높임2. 거시적 교육 목적을 세워라.교육 목적은 크게 한 학기 전체에 대한 전반적인 목표와 매 수업에 대한 구체적인 목표 이외에 1주일이나 시험 기간으로 단락을 구분에서 ‘중간’교육 목적을 세우는 것도 효과적이다. 교육 목적은 교수와 학생들을 공통된 목표로 이끌어준다. 그리고 한정된 시간을 가장 효율적으로 사용하기 위하여 주제들의 우선 순위를 배치해 주고, 학생들에게 탁월한 학습 도움을 주며 시험 준비를 용이하게 해준다.3. 수업도 계약이다.학생들의 낮은 출석률을 해결할 수 있는 방법으로 “수업 계약서”를 작성하는 방법을 제안하고 있다. ① 수업 계약서를 작성한다. ② ‘기대하는 교육 효과’에 대한 책임성, 전문성, 또는 일에 대한 마음가짐을 포함한다. ③ 전문성이나 책임성이라는 교육 효과는 ‘출석’으로서 측정한다고 명시한다. ④ 학점 계산 방법에 출석 100%가 필수임을 명시한다. ⑤ 수업 계약서의 의미를 설명한다. 이 방법을 통해서 학생들은 교수의 의도를 확실히 알게 되고, 출석은 반드시 해야 하는 것으로 인식하게 된다.4. 출석 체크도 요령이다.강의 시간에 보면 50분 수업에서 출석을 부르다 보면 인원이 많은 경우 10분도 넘게 소요된다. 이러다 보면 정작 강의 시간은 40분도 채 안되는 것이다. 이런 시간 낭비를 줄이기 위해 조벽 교수는 다음과 같은 방법을 제시하고 있다. ① 첫 2~3주 동안에는 매 수업 시간마다 학생 대여섯 명의 이름을 돌아가며 불러 체크한다. ② 첫 2~3주 동안 수업 시작 전에 학생 수를 세어보고 수강생 수보다 적으면 빈 종이를 돌려 학생들에게 자신의 이름을 적어내게 한다. ③ 첫 3~4주 동안 ‘1분 퀴즈’를 매주 한 번 정도 낸다. ④ 1~2주 한 번씩 예고 없이 치르는 퀴즈를 낸다. ⑤ 얼굴과 이름을 매치 못한 학생의 이름을 수업 중에 불러본다. 첫 3주 정도 이런 방법을 동원해서 직접 또는 간접으로 출석 체크를 하면 학생들은 그 수업에 빠지지 않는 습관을 붙이을 형성하는 것이 가장 중요하다. 첫 수업 시간을 지키고, 옷차림을 강의의 도구로 활용하고, 열의를 보이는 것, 학생들을 배려하는 말을 사용하는 것 모두가 학생과의 신뢰감 형성에 도움이 되는 것이다.7. 권위도 전략이다.교사가 수업을 효과적으로 이끌어 나가기 위해서는 권위가 필요하다. 권위를 내세우기 위해서는 지식 권위는 필수로, 권력 권위는 부차적으로 생각한다. 새 시대에서 요구되어지는 권위는 지식 권위이다. 따라서 지식을 선별하고, 종합하고, 전달할 수 있는 능력을 길러 이것을 권위로 내세워야 하겠다.8. 가르치는 사람이 수업 환경을 만든다.교사가 수업을 아무리 열심히 준비했더라도 학생들이 강의 내용에 주의력을 모으지 않으면 헛된 일이다. 교사는 딴짓하는 학생을 혼내기 보다는 자신의 강의가 지루하지 않았나를 반성해 보아야 한다. 교사는 학생들이 다양한 감각 기관을 사용해서 강의에 지속적으로 집중할 수 있도록 수업을 다양한 방법으로 진행하고, 학생들이 능동적으로 참여할 수 있도록 유도해야 한다. 그리고 긍정적인 태도와 ‘열린 질문’으로 학생들을 대하게 되면 학생들은 교사를 향해 눈, 귀, 마음을 열고 몰두하게 된다.9. 질문을 통해 생각하는 방법 기르기교사가 학생들에게 질문을 했을 경우 반응이 없는 경우가 많다. 반응을 얻기 위해서는 학생들이 대답할 수 있는 질문을 하고, 질문이 학생들의 호기심과 도전 의식을 자극할 수 있는 것이어야 하며, 강의 목적을 뚜렷하게 제시하는 질문을 해야한다. 학생들 스스로 발산적이거나 열린 질문을 할 수 있는 기회를 교사가 자주 만들어주는 것이 지식 기반 사회에 적합한 교육인 것이다. 질문은 수업을 이끌어가는 중요한 수단이다. 유능한 교사는 신세대 학생들의 의식 구조에 맞게 가르치는 사람이다.10. 학생의 반응 유도하고 답하는 기술교사가 질문을 했을 경우 학생들의 대답이 바로 나오지 않는 경우가 허다하다. 이럴 경우 반응이 나올 때까지 기다리거나, 대답이 나올 수 있도록 다시 질문하거나, 말의 ‘물꼬’를 틔어주는 방법을 사용해서. 다양한 학생들은 한 가지 틀에 맞추기보다 학생들마다 나름대로 배우는 즐거움을 찾을 수 있도록 도와주어야 하며, 학생들의 다양성을 인정해 주는 것만으로도 학습 효과가 크게 올라갈 것이다.3. 학생들의 수준에 맞춘다.학생에 따라 발달 단계가 다르고, 적절한 도전의 정도가 다르기 때문에 학습 환경도 달라져야 한다. 즉 개인에 따른 차별화 교육을 과감히 시도할 필요가 있다는 것이다.조벽 교수는 “매스-커스터마이제이션 개념”을 적용할 것을 제안하고 있다. 이 방법은 많은 학생을 대상으로 강의하더라도 매 강의마다 몇 명의 학생들에게 집중된 관심을 보이는 것으로, 이를 돌아가면서 하다 보면 한 강좌가 끝날 때까지 각 학생이 적어도 한 번 이상 교사의 개인적인 관심을 받을 수 있게 된다는 것이다.4. 학습 동기를 부여하라.학생들의 학습 동기를 높이기 위해서는 동기 부족의 원인을 알아야 하고, 그 유형을 분석해 그에 맞는 알맞은 조치를 취해야 한다. 요즘 학생들은 자기 존중감과 자아 실현이 가장 중요한 동기 유발이 되기 때문에 학생들이 성적이나 취업과는 무관하더라도 이 수업으로 인하여 자신이 발전하고 있다는 것을 느끼면 열심히 공부하게 된다. 그리고 학생 스스로 자신을 파악하도록 유도하는 것이 바람직하기 때문에 학생 스스로 자신의 학습 태도를 점검하게 하는 ‘학습에 대한 자체 평가서’를 쓰도록 하는 방법을 소개하고 있다.5. 강의의 문제점을 정확히 진단하라.학기 중간쯤 되면 강의가 잘 되어가는 지 아니면 엉망이 되어가는 지 확실히 알게 되므로 어떤 조치를 취해야 한다. 우선 자신의 마음을 점검한다. 교사가 어떤 반응을 우선적으로 ‘선택’하는가에 따라 강의실 분위기가 달라지기 때문이다. 그리고 강의 진행과 관련된 문제, 강의 내용과 관련된 문제, 대인 관계와 관련된 문제 등 강의 상황에 관련된 것들을 점검해 보아야 한다.6. 잘못된 강의 바로잡기강의실 분위기가 일단 형성되면 잘 변하지 않으므로 강의가 한번 잘못되기 시작하면 시간이 갈수록 복구하기가 쉽지 않다. 따라서 교사는 운영하기 나름이다.가장 흔한 학습 평가는 시험이나 리포트이다. 이런 시험/리포트를 단지 ‘결과(평점) 지향적’ 목적으로 지향하지 않고, ‘동기 부여, 학습 피드백 등등’의 목적을 지닌 ‘발전 지향적’ 목표가 되도록 관리해야 학습 효과를 높일 수 있다. 시험은 어떤 암기한 사항을 체크하기 보다는 학생이 정보를 선별하고 응용하고 판단할 수 있는 능력을 파악할 수 있도록 출제되어야 한다.2. 시험 결과로 이후 강의 방향을 정해라.시험지를 채점할 때 플러스 점수 방식으로 채점하는 것이 효과적이며, 시험지는 채점 후 바로 돌려주는 것이 바람직하다. 적시에 피드백이 이루어질 수 있으며, 시험 결과에 따라 강의를 조정할 수 있다. 학생들의 수업 목표 달성도를 빨리 파악할수록 보다 효과적인 강의를 할 수 있게 된다.3. 형성 지향적 평가를 해라.시험지를 돌려줄 때 중요한 것은 시험을 못 본 학생들이 좌절하지 않고 분발하도록 격려해 주는 일이며, 시험을 잘 본 학생들이 방심하지 않도록 이끌어주는 일이다. 교사가 어떤 자세로 임하는가에 따라 분위기가 좌우된다.조벽 교수는 시험의 ‘발전 지향적’ 요소를 활용하기 위한 방법으로 를 준비할 것을 제안하고 있다. 이것은 교과 내용에 대한 부족한 부분을 지적하고 복습해야 할 페이지를 일어주는 것이다. 그리고 학생 스스로 를 작성하게 하여 학습 달성도를 학생 스스로 판단하는 기회를 갖는 방법을 제안하고 있다.4. 성적 부진을 탓하기보다 정신적 장애를 살펴라.학생이 문제를 잘못 푸는 것은 반드시 머리가 나빠서가 아니라 다른 이유가 있을 수 있다. 애덤스는 문제 풀기를 방해하는 요소를 다섯 가지의 장애로 구분하고 있다.① 지적 장애 - 부족한 지식이나 부적절한 지식의 사용② 감정적 장애 - 실패에 대한 불안감 또는 두려움을 뜻하며, 시험볼 때 흔히 작용함.③ 문화적 장애 - 모든 각 집단은 나름대로의 문화가 있기 때문에 그 다양성을 인정하고 이런 한계를 초월하기 위해서는 팀워크로 문제를 해결해 나가야 한다.④ 인지 장애 - 정답을 요구하기 요하다.

교육학| 2012.10.19| 7페이지| 1,000원| 조회(386)

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Quantum Dot Synthesis실 험 일 :담당교수님 :조별 명단 :제 출 자학 과 :학년 / 반 :학 번 :이 름 :1. Abstract둥근 바닥 플라스크에 selenium과 octadecene 그리고 trioctylphosphine을 넣은 후, stirrer hot plate에 놓고 가열한다. 또 다른 둥근 바닥 플라스크에는 CdO를 넣은 다음 heating mantle에 클램프로 장치한다. CdO가 있는 둥근 바닥 플라스크에 oleic acid과 octadecene을 넣는다. Se 수용액을 넣고 Cd 수용액 225 ℃까지 가열한 후, 10초의 시간차로 대략 1 mL씩 피펫으로 덜어내어 바이알에 sample들을 추출하는 실험을 한다.추출한 sample들을 UV 램프로 비춰보면 양자점(quantum dot)이 형광을 내는 것을 볼 수 있다. 이를 통해 시간에 따라 크기가 변하는 CdSe의 크기의 변화 의해 나타나는 광학적 성질을 알아본다.2. Introduction원자와 같은 미시적인 세계로 들어가면 에너지 레벨이 불연속이 되는 양자효과(Quantum Effect)가 나타나게 된다. 반도체의 경우 유전상수(dielectric constant)가 크고 유효질량(Effective Mass)이 작기 때문에 그 크기가 10 nm 정도가 되면 양자효과가 나타나게 된다.반도체 내에서 conduction band에 있는 전자(electron)들과 valence band 내에 있는 홀(hole)들은 공간적으로 세 방향으로 아무런 제약 없이 자유롭게 움직인다. 이 세 방향을 모두 제한한다면, 전자와 홀이 모든 방향으로의 운동에 제한을 받게 된다. 이 경우 전자와 홀은 모든 방향에 대해 양자효과를 느끼게 되고 에너지 역시 모든 방향에 대해 불연속적인 값을 가지게 된다. 이와 같은 상태를 "양자점(Quantum Dot)" 이라고 한다. 양자점의 경우에는 모든 방향으로 양자화 되어 있어 영차원 구조(0D)로서 원자와 유사한 성질을 가지게 된다. 이와 같이 영차원 구조에서는 소자를 만들었을 때 많은 좋은 성질을 가지게 된다.이번 실험에서는 양자점(quantum dot)을 합성하여 양자점의 광학적 성질을 알아보기로 한다. 실험 시 Selenium과 Cadmium을 가지고 실험하기 때문에 fume hood에서 반드시 장갑을 끼고 실험하도록 한다. Selenium과 Cadmium 같은 중금속은 체내에 흡수되면, 배출이 되지 않고 축적되기 때문에 인체에 유해하다. Cd 수용액을 225℃까지 고열에서 가열해야함으로 실험 기구를 만지거나 취급할 때에는 화상 입지 않도록 주의한다.3. Theory1) 형광나노입자, 양자점형광물질은 재료연구, 물리화학적 상호작용 연구 및 세포의 생화학적 연구 등에 널리 사용되고 있다. 일반적인 형광물질보다 훨씬 강한 형광을 좁은 파장대에서 발생하는 양자점(quantum dot)이란 입자가 개발되었다. 양자점(quantum dot)은 나노크기의 Ⅱ-Ⅳ 반도체 입자(CdSe, CdTe, CdS 등)이 중심(core)을 이루는 입자이다. 양자점의 형광은 전도대(conduction band)에서 가전자대(valence band)로 들뜬 상태의 전자가 내려오면서 발생하는 빛이다. 양자점은 일반적 형광염료와는 다른 성질을 많이 보여준다. 양자점은 같은 물질의 중심으로 구성되더라도 입자의 크기에 따라 형광파장이 달라진다. 입자의 크기가 적어질수록 짧은 파장의 형광을 내며, 크기를 조절하여 원하는 파장의 가시광선영역의 형광을 거의 다 낼 수 있다. 또한 일반적인 유기형광화합물과 달리, 발광파장(excitation wavelength)을 임의로 선택해도 형광을 얻을 수 있으므로, 여러 가지 양자점이 공존할 때 하나의 파장으로 발광시킬 경우 여러 가지 색의 형광을 한꺼번에 관찰할 수 있다. 또한 일반적 염로 에 비해 흡광계수(extinction coefficient)가 100~1000배 크고 양자효율(quantum yield)도 높으므로 매우 센 형광을 발생한다. 또한 전도대의 바닥 진동상태(ground vibration state)에서 가전자대의 바닥진동상태로의 전이만을 관찰하므로 형광파장이 거의 단색광이다. EH한 일반적인 염료가 들뜬 상태에서 광화학반응에 의해 분해되어 광탈색(photobleaching)이 일어나는 반면에, 양자점은 매우 안정하다.양자점은 약 2~10 nm 크기의 중심과 주로 ZnS 등으로 이루어진 껍질(shell)로 구성되며 수용액상에 분산시키기 위해 고분자 코팅을 한 10~15nm 크기의 나노입자이다. 고분자의 외부에는 용도에 따라 여러 가지 연결기(conjugation group)가 결합되어 있는데, 현재 세포 또는 생체분자와의 특이적 반응을 일으키기 위한 연결기가 결합된 양자점이 가장 많이 시판되고 있다.양자점은 특이하고 유용한 광학적 성질 때문에 기초적 물성연구 및 다른 물질과의 상호작용 연구가 활발히 진행되고 있다. 지금까지 양자점은 주로 바이오텍 분야에 응용도 하기 위해 입자형태로 개발되어 있으나, 재료공학, 화학, 화공학을 연구하는 사람들에게 유용한 탐침(probe)가 될 것으로 생각되며, 특히 고분자를 연구하는 사람들은 여러 가지 형태의 재료를 만들 수 있을 것으로 기대된다.양자점은 현재 Quantum Dot Co.에서 독점공급하고 있으나, 여러실험실에서 연구용으로 제조하여 실험을 수행하고 있다. 양자점에 대한 자료는 http://www.qdots.com에서 찾아볼 수 있다.그림 1. 양자점의 모식도. 중심에 Ⅱ-Ⅳ 반도체 나노입자가 있고, 형광 양자효율(quantum yield)를 높이고, 수용액상 안정성을 증대시키기 위해서 ZnS 및 고분자가 각각 코팅되어있다. 생체분자와 특이적 반응을 일으키기 위하여 Streptavidin을 결합한 것을 보여준다.4. Procedure/Methods실험 기구 : hot plate, 둥근바닥 플라스크, heating mentle, 바이알, 클램프, pipet, 온도계실험 시약 : CdO, Oleic Acid, Selenium, trioctylphosphine① 둥근 바닥 플라스크에 Se 30 mg과 octadecene 5 ml를 넣고 stirrer hot plate에 놓고 가열한다.② 밀봉된 병에 있는 trioctylphosphine을 0.4 mL를 측정하여 플라스크에 넣는다.③ 준비된 또 다른 둥근 바닥 플라스크에 CdO 6 mg를 넣은 다음 heating mantle에 클램프로 장치한다.④ CdO 6 mg이 있는 둥근 바닥 플라스크에 피펫으로 0.3 ml oleic acid과 octadecene 10 ml을 넣는다.⑤ Se 수용액 1 ml을 넣고, Cd 수용액 225 ℃까지 가열한다.⑥ 10초의 시간차로 대략 1 mL씩 피펫으로 덜어내어 바이알에 sample들을 추출한다.5. Results/data합성한 양자점(Quantum dot)을 2초의 시간차로 추출한 sample 7개를 UV 램프로 비춰준 결과, sample 7개 모두 형광을 내었다.sample들 중 연두색 형광을 내는 양자점들은 약 3 nm 크기의 나노입자인 듯하다.6. Discussion of resultsSelenium과 255 ℃의 고열에서도 버틸 수 있는 비배위(non-coordinating) solvent인 octadecene을 둥근 바닥 플라스크에 넣고 stirrer hot plate에서 가열한다. Se 수용액에 trioctylphosphine을 넣는데 이것은 CdSe의 크기를 제한하는 계면 활성제(surfactant)역할을 해준다. 다른 둥근 바닥 플라스크에 CdO와 oleic acid, octadecene 그리고 Cd 수용액에 앞에서 만든 Se 수용액을 넣은 후 heating mantle에서 225 ℃까지 가열한다. 이 때 높은 열에너지에 의해 CdSe 나노결정의 핵이 형성되고 온도는 빠르게 떨어진다. 핵이 형성되는데 필요한 에너지가 나노 결정의 핵이 성장하는데 필요한 에너지 보다 훨씬 높기 때문에 낮아진 온도에서는 더 이상 핵이 발생하지 않고 이미 고온에서 만들어진 결정핵이 천천히 성장하게 되며 비교적 작은 크기분포를 갖게 된다. 원하는 크기까지 결정을 성장시킨 후 상온으로 냉각시킨 다음 반응 용액에 알코올과 같이 비교적 극성이 큰 용매를 넣으면 양자점만이 침전을 일으키게 된다. 이와 같은 현상은 양자점의 표면이 극성이 매우 낮은 유기 리간드에 의해 안정화되어 있기 때문에 용액의 극성이 커지면 반데르발스 힘(Van der Waals force)에 의해 양자점들이 뭉치면서 발생하는 것이다.sample들을 UV램프로 비춰주면, 시간이 지남에 따라 동일한 시간 간격으로 추출한 sample들은 눈에 띄게 색변화가 있다. 우리가 실험할 때는 수업시간의 제약으로 시간차에 따른 양자점(quantum dot) 크기의 형광 색변화는 볼 수 없었고, 다만 각 조마다 합성한 양자점을 가지고 10초 뒤에 무슨 색을 띄는지에 대한 하나의 sample만 얻는 것으로 만족해야만했다. 양자점 하나를 가지고 여러 가지 색의 형광을 한꺼번에 관찰할 수 있는데, 이것을 직접 실험하면서 보았으면 더욱 의미 있는 실험이 되지 않았을까 생각한다.짧은 파장, 작은 크기우리가 양자점 하나로 여러 가지 색의 형광을 볼 수 있는 이유는 같은 물질의 중심으로 구성되더라도 시간이 지날수록 입자의 크기는 커지는데, 그 입자의 크기에 따라 형광파장이 달라지기 때문이다.

공학/기술| 2012.10.18| 6페이지| 1,500원| 조회(391)

양자점, Quantum dot, CdSe, 양자효과

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영화 <모터사이클 다이어리>를 보고

영화 를 보고체 게바라를 처음 본 건 우습게도 누군가의 티셔츠에 그려진 얼굴이었다. 그 당시에는 티셔츠에 있는 그가 누구인지도 몰랐다. 일상생활 속에서 종종 그의 얼굴이 새겨진 사소한 물품들에서 발견할 수 있었는데, 이제야 비로소 그가 쿠바의 혁명가인 '체 게바라'라는 것을 알게 되었다.'모터사이클 다이어리'는 체 게바라의 삶의 강직했던 신념과 사상을 느낄 수 있게 하는 영화로 그가 혁명에 뛰어들기 전 스물 셋 나이로 떠난 여행을 배경으로 하고 있다.영화에서의 체 게바라의 나이는 내 나이와 비슷하다. 그래서인지 여행을 통해 힘겨운 삶일지라도 자신의 이상을 위한 삶을 선택한 게바라에 비해, 난 너무나 안정된 삶을 지향하고 있지 않는가에 대해 많은 부끄러움을 느꼈다.'게바라' 라는 이름을 갖기 이전 '푸세'로 나오는데 그는 아르헨티나를 출발해 칠레, 페루, 콜럼비아, 베네수엘라의 긴 여정을 선배 알베르토와 함께 오토바이를 타고 여행을 하면서 천식을 심각하게 앓고 있었으면서도 푸세 자신에게 분명 힘들고 무리일지도 모르는 긴 여행을 시도했고, 그 긴 여정을 통해 과거에는 발견하지 못했던 안타까운 현실을 직접 경험하기도 하고 목격하기도 한다.푸세는 라틴아메리카에서 보고, 듣고, 느끼고, 겪은 그 여행은 단지 여행으로 끝내버릴 수도 있었다. 그냥 새로운 세계를 경험했구나, 세상에 이렇게 사는 사람들도 있구나, 이런 문화도 있구나 하고 말이다. 그리고 다시 아르헨티나로 돌아가 의대를 졸업하고 명망 높은 의사가 되는 삶을 택했을 수도 있었지만 푸세는 그러지 않았다. 여행을 마친 후 알베르토가 돌아가서 의대를 졸업할거냐고 물어봤을 때 푸세는 모르겠다고 했다. 하지만 이렇게 말했다. “시간이 걸리고 쉽지도 않은 어떤 일에 대해서” 생각한다고 말이다. 이미 그의 길을 정한 푸세의 눈빛은 담담하고도 당당하게 느껴졌다. 길다면 길고 짧다면 짧은 그 여행이라는 시간을 통해서, 세상에 속한 한 인간으로서의 자신만의 길과 꿈을 쥐었던 것이다.

독후감/창작| 2012.10.18| 1페이지| 1,000원| 조회(185)

영화감상문, 감상문, 여행, 체게바라, 모터사이클 다이어리

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코러스를 보고

영화 를 보고아직도 '코러스'의 여운이 남았는지 모항주와 나머지 학생들의 노랫소리가 귓가에 맴돌고 토요일이면 페피노와 함께 아버지를 같이 기다려야만 할 것 같고, 내가 조금이라도 잘못하는 날이면 교장 선생님의 교육방침인 '액션-리액션'에 대한 처벌로 독방에 갇혀야 할 것 같은 착각이 든다.죽은 시인의 사회를 비롯하여 학생과 교사간의 관계를 다루고 있는 영화는 하나의 장르로 자리 잡았다고 해도 무색할 만큼 이미 많은 영화들이 존재한다. 대게 불량학생들과 거기에 두 손, 두 발 다든 학교 측에서 새로운 교사를 부임시키고, 이에 아이들이 조금씩 문을 열어간다는 것이 이러한 영화들의 주된 흐름이다. 덧붙이자면 이 때 맘을 열어가다 한 번씩 고비가 오게 되는데 주로 학생 중 한 두명이 새로운 교사를 끝까지 받아들이지 못하거나, 교사의 어떤 행동이 아이들에게 오해를 사게 되는 것으로, 갈등은 다시 클라이막스로 치닫다가 마지막에는 모두 함께 해피엔드가 된다. 게다가 이러한 갈등을 풀어가는 소재는 주로 ‘음악’ 이다.그러한 면에서 영화 코러스는 이제까지의 교사와 학생간의 관계를 다룬 영화들의 전형적인 틀 속에 있다고 해도 과언이 아니다. 그러함에도 불구하고 이 영화만의 무엇인가가 존재한다. 이 영화는 학교 이야기를 다룬 이전의 영화들과 달리 아류로 남지 않고 우리에게 훈훈한 감동을 선사하는 이유가 무엇을 일까?여러 가지 에피소드들이 존재지만, 여기에 각자의 개성을 살린 이야기들이 등장하고 전쟁 속에서 메말라버린 마음과 그것을 풀어가는 과정이 부담스럽지 않게 느껴졌다. '당연히 그렇게 되겠지'라는 뻔한 이야기가 아닌 또 어떤 엉뚱한 일들이 일어날까 궁금해졌다.자칫 이러한 영화들의 당연한 결과가 되어버릴 수 있는 아이들이 다른 사람들의 인정을 받고 점차 모범적이고 능력있는 학생이 된다는 식이 아니라 마티유가 떠나고 우리는 그 결말을 예측해볼 수 있는 열린 구성이었던 점도 무척 좋았다. 또 영화 속에서 프랑스 특유의 섬세함이나 약간은 엉뚱한 상상력을 동원한 재미난 에피소드들을 발견할 수 있는데, 개인적으로 모항주가 마티유에게 잉크통을 던지는 장면이 무척 인상적이었다. 약간은 엉뚱하지만, 귀여웠고, 엄마와 마티유에 대한 모항주의 마음이 자연스럽고도 그럴 듯한 행동으로 나타났기 때문이다. 영화 전반에 이렇게 소소한 에피소드들이 존재하는데, 그 장면하나 하나에서 느껴지는 섬세함이 이 영화를 더욱 돋보이게 하지 않았나 싶다.그리고 교사를 준비하는 학생으로서 이 영화를 보는 내내 역시 교사는 강압이나 권위가 아닌 상호 존중할 수 있는 분위기속에서 서로를 대할 때 진정으로 서로에게 다가갈 수 있음을 느꼈다. 단순한 지도가 아닌 학생들과의 진정한 상호 작용 속에서 그들을 이해할 수 있을 것이다. 그러한 과정을 통해 학생뿐만 아니라 교사 또한 마티유처럼 자신의 존재에 대한 소중함을 깨닫고 그 삶에 대한 확신과 따뜻함을 느낄 수 있을 것이다.

독후감/창작| 2012.10.18| 1페이지| 1,000원| 조회(130)

교육학, 코러스, 영화코러스

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