계단 조명

교육과정: KS3, Sek I, cycle 4

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목표

계단이나 긴 복도의 전등처럼 전구 하나를 두 곳에서 켜고 끌 수 있는 회로가 어떻게 작동하는지 이해합니다.

실험 장치

4.5 V 전압원, 전환 스위치 두 개, 4.5 V / 1 W 전구가 있습니다. 전압원의 (+)극은 첫 번째 스위치의 공통 단자에, 두 번째 스위치의 공통 단자는 전구에 연결되어 있습니다. 두 스위치의 단자 “1”과 “2”는 노란색 전선 두 개로 엇갈리게 이어져 있습니다. 첫 번째 스위치의 “1”은 두 번째 스위치의 “2”에, 첫 번째 스위치의 “2”는 두 번째 스위치의 “1”에 연결되어 있습니다. 두 번째 스위치는 위아래가 뒤집혀 놓여 있습니다. 두 칼날은 모두 접점 “1”에 있고, 전구는 꺼져 있습니다.

실험 방법

1. 첫 번째 스위치의 칼날을 다른 접점으로 옮기세요. 손잡이를 드래그하거나 매개변수 카드에서 위치를 선택하세요.
2. 두 번째 스위치의 칼날을 옮기세요.
3. 다시 첫 번째 스위치의 칼날을, 이어서 두 번째 스위치의 칼날을 옮기세요. 단계마다 전구가 켜져 있는지 기록하세요.
4. 칼날의 위치마다 전류가 흐르는 경로를 전선을 따라가며 확인하세요.

예상 결과

두 칼날이 서로 다른 번호의 접점에 있으면 전구가 켜지고, 번호가 같으면 꺼집니다. 어느 칼날이든 한 번 옮길 때마다 전구의 상태가 바뀝니다.

첫 번째	두 번째	전구
1	1	꺼짐
2	1	켜짐
2	2	꺼짐
1	2	켜짐

질문

1. 단자가 두 개인 일반 스위치가 이런 회로에 알맞지 않은 이유는 무엇입니까?
2. 두 칼날이 같은 번호의 접점에 있을 때 전구가 꺼지는 이유는 무엇입니까?
3. 스위치 하나에서 노란색 전선 두 개를 서로 바꾸어 연결하면 어떻게 됩니까?

답

1. 일반 스위치는 전선 하나를 잇거나 끊는 일만 할 수 있습니다. 두 개를 직렬로 연결하면 둘 다 닫혔을 때만 전구가 켜지고, 병렬로 연결하면 어느 하나만 닫혀도 전구가 켜지므로, 어떤 위치에서는 한 스위치가 다른 스위치가 정해 놓은 상태를 바꿀 수 없습니다. 전환 스위치는 전류를 한 노란색 전선에서 다른 노란색 전선으로 옮겨 주며, 덕분에 각 스위치가 전구를 켤 수도 끌 수도 있습니다.
2. 노란색 전선이 엇갈려 있으므로 한 스위치의 접점 “1”은 다른 스위치의 접점 “2”와 연결되어 있습니다. 두 칼날이 모두 “1”에 있으면 전류는 첫 번째 칼날에서 노란색 전선을 따라 두 번째 스위치의 접점 “2”로 가는데, 그곳에는 칼날이 없으므로 회로가 열려 있습니다. 두 칼날이 모두 “2”에 있을 때도 다른 전선을 따라 같은 일이 일어납니다.
3. 그러면 전선이 같은 번호의 접점끼리, 즉 “1”과 “1”을, “2”와 “2”를 잇게 됩니다. 표가 뒤집힙니다. 번호가 같으면 전구가 켜지고 다르면 꺼지며, 칼날을 한 번 옮길 때마다 전구가 켜지거나 꺼지는 것은 그대로입니다.