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본 연구는 음식물이 부패하는 과정에서 나오는 기체를 통해 부패 여부를 확인할 수 있는 장치를 고안하는 데 그 목적이 있다. 전체적인 장치의 기본 틀은 풍동 기관을 참고하여 주문 제작하였고, 풍동 실험 장치 내부에 넣을 필터로 활성탄 필터를 사용하였다. 활성탄 필터에 우리가 코팅하기로 선정한 용액인 탄산 나트륨과 아세트 산나트륨 수용액을 각각 다른 농도로 코팅시켜 실험에 사용하 였으며, 추후 염산을 도포하여 같은 실험을 반복하였다. 실험 과정은 풍동 실험 장치 끝에 암모니아 수를 넣고 특정 시간 동안 증발시킨 후 농도를 측정하고, 필터를 사용하여 기체를 흡착시킨 이후 반대쪽에서 기체의 농도를 다시 측정하였다. 측정한 두 농도 값의 차이를 통해 우리는 기체가 흡착 되었음을 확인하였고 FE-SEM, EDS 분석을 통해 실제로 기체가 흡착되었는지 확인하였다. 주제어: 부패, 암모니아, 첨착 활성탄 필터, 풍동 장치
본 연구는 해수 담수화 기술 중 정삼투와 침전을 활용한 새로운 방법을 제시하기 위해 진행되었다. 여러 지역의 물 부족의 해결 방안으로 주목받는 해수 담수화의 문제점이던 높은 에너지 소모율, 환경 파괴 등을 개선하기 위해 정삼투와 침전을 활용하였고, 유도 용액으로 염산, 침전을 위해 산화 은을 사용하면서 해수 담수화의 과정을 재현하면서 각 과정의 효율, 반응 진행 정도 등의 수치를 분석했다. 연구 결과 정삼투와 침전을 활용했을 때의 특징과 장단점을 밝혔으며 추가적인 연구를 통해 에너지 소모, 환경오염 등의 기존 해수 담수화 방법의 문제점 개선 방법을 찾아볼 수 있었다. 주제어: 해수 담수화, 삼투현상, 앙금, 침전
본 연구는 태양광을 흡수하여 표면의 손상을 자가치유할 수 있는 유기광열소재를 합성한 후, 다양한 환경에 노출시켰을 때 흠집의 회복 정도를 알아보고, 시험한 물질의 장점과 한계점을 파악하여 성능을 개선할 수 있는 방안을 마련하고자 한다. 중간물질 BTMPS-HMDI를 제조한 후 EG, TEG, PEG를 조작 변인으로 하여 가교제를 합성했다. 수득한 가교제를 분쇄, 자연경화 레진과 혼합해 소재를 제조했다. 이후 일정한 길이의 흠집을 내고, IR과 UV를 조사하는 순서를 조작하여 회복되는 정도를 관찰하여 분석했다. 그 결과 BTMPS-HMDI-TEG는 실패, BTMPS-HMDI-PEG는 자가치유 능력 없음, BTMPS-HMDI-EG는 자가치유 능력이 있음을 확인했고 IR은 자가치유 가능, UV는 가교제 파괴의 역할을 함을 확인하였다. 주제어: 유기광열소재, 자가 치유, 변형, 태양광, 힌더드 유레아(hindered urea)
본 연구에서는 사륜 자동차 모델의 바퀴 반지름 변화와 축 간 거리 변화, 장애물의 각도 변화를 고려한 장애물 상황에서의 차체의 안정도 분석 및 에너지 손실을 탐구한다. 장애물을 지날 때 차체가 받는 에너지 변화 및 충격량을 이론적으로 계산하여 바퀴 질량, 차체 질량 등으로 이루어진 유의미한 식을 이끌어 내었으며 통제 변인과 조작 변인을 설정하고, 각각의 경우에 따른 최대 가속도 측정 및 장애물을 지난 이후의 충격력을 계산하는 실험검증을 기반으로 연구를 진행하였다. 또한, 실험 결과를 통해 차체에 영향을 주는 다양한 요인들의 변화에 따른 그 안정성과 효율성에 대해서 알아보았다. 단위 질량당 압력과 가속도는 반지름과 큰 관련이 없고, 장애물의 경사 각도 및 바퀴축간 거리와는 압력이 각각 비례와 반비례 관계가 나타난다는 것을 실험을 통해 정량적으로 관찰할수 있었다. 주제어: 바퀴, 굴림 운동, 반지름, 역학적 에너지 손실, 충격량
하이드롤릭 점프란 개방된 채널을 따라 흐르는 유체의 교란으로 인해 수위가 상승하는 유동 현상 이며 이 과정에서 큰 에너지 손실이 일어난다. 댐은 많은 물이 이동하는 과정에서 손상을 가져오는 문제가 있다. 문제의 해결을 위해 하이드롤릭 점프의 큰 에너지 손실률을 이용하는데, 이에 본연구에서는 하이드롤릭 점프를 일으키는 유체의 운동을 분석하는 모델을 만들고 이를 이용해 에너지 손실을 최대화하는 조건에 대해 연구했다. 그 결과, h1=4.436mm에서의 에너지 손실이 최대 이고, 경사각은 하이드롤릭 점프를 잘 일으키기 위한 요인으로 생각해 tan0=1.2인 경우에서 하이드롤릭 점프를 일으키기 쉽다는 결론을 냈다. 결론에 대해 실험값과 상사 법칙, CFD와의 비교를 통해 모델이 실제 댐에서도 사용될 수 있다는 타당성을 보였다. 주제어: 하이드롤릭 점프, 수두 손실, 프루드 수, 상사 법칙, CFD
본 연구를 통해 새로운 형태의 발전기인 와류를 이용한 전자기 유도 발전기를 개발한다. 인위로 파도를 제작하여 발전기의 전자기 유도 가능성 및 성능을 파악한다. 이를 위해 시뮬레이션 프로그 램을 이용하여 수치를 구하고, 직접 계산해 본다. 이후 카본 로드의 길이, 수심, 발전기의 모양 등발전기의 구조 및 주변 환경을 조작하며, 발전기의 전력을 비교하여 최적의 발전기 구조 및 환경을 탐색한다. 주변에 부딪힐 물체가 없는 바다에서 쉽고 편하게 에너지를 설치할 수 있으며, 이는 다른 발전 방법보다 전력 생산 중 공해가 적고, 친환경적 에너지를 편리하게 사용할 수 있다는 의의가 있다. 주제어: 와류, 에너지 발전, 전자기 유도
본 연구에서는 기하학적 곡선을 임의의 곡선에 굴렸을 때 생기는 독특한 자취에 대한 탐구를 수행 하였습니다. 이 연구는 다양한 수학적 형태와 기하학적 곡선을 통해 사이클로이드를 확장했습니다. 연구의 목표는 다양한 기하학적 곡선의 길이를 구한 것을 토대로, 원, 직선, 그리고 정다각형과 같은 임의의 도형에 이러한 곡선을 굴릴 때 생기는 자취를 수학적으로 구하고, 모델링 프로그램을 이용하여 모델링하여 비교하는 것입니다. 이를 위해 포물선의 호의 길이를 구하고, 포물선을 직선에 굴릴 때 생기는 초점의 자취를 구하는 방법과 직선과 정다각형을 원에 굴렸을 때 생기는 자취를 구하는 방법에 대해 연구하였습니다. 주제어: 사이클로이드의 확장, 굴림, 회전, 자취
본 연구에서는 유전 알고리즘 시뮬레이션을 통해 에너지 하베스팅에 최적화된 흡음판을 제작하였다. 국제적으로 기후변화에 대한 우려의 움직임이 이루어지고 있는 가운데 에너지 하베스팅은 버려 지는 에너지를 활용한다는 점에서 주목받고 있고, 본 연구에서는 주변 환경에서 발생하는 교통 소음, 건설현장 소음, 산업체 소음, 생활 소음으로부터 애너지를 얻는 소음에너지 하베스팅의 최적 조건을 유전 알고리즘으로 탐색하고 효율을 증가시켜 소음에너지 하베스팅의 실용 가능성을 탐구하고자 하였다. 이론적 고찰을 통해 물리엔진 시뮬레이션을 제작하고, 임의로 몇개의 막을 제작해 물리 엔진을 검증하였다. 제작한 물리 엔진을 기반으로 유전 알고리즘 시뮬레이션을 통해 흡음판을 제작하였다. 그 결과, 흡음판의 형태에 따라 에너지 하베스팅 정도를 측정할 수 있는 시뮬레이션과 유전알고리즘을 통해 얻은 최적의 흡음판을 얻을 수 있었다. 이를 토대로 전류의 세기를 강하게 하는 등의 보완이 이루어지면 에너지 하베스팅이 크게 발전할 수 있을 것으로 기대된다. 키워드 : 소리, 에너지 하베스팅, 유전 알고리즘, 시뮬레이션
초음파 부상 장치는 초음파 트랜스듀서를 마주보게 배치시켜 파동의 중첩에 의한 정상파를 형성해 정상파의 마디 부분에 음파의 압력이 집중됨을 이용하여 물체를 부상시키는 장치이다. 이러한 초음파 부상 기술은 미세중력 상태 및 비접촉 환경을 조성할 수 있다는 점에서 필요성이 점차 대두되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 초음파 부상 장치를 직접 제작하여 부상시킨 물체의 거동을 분석하여 장치를 이용할 때 물체에 가해지는 물리적인 영향 및 그로 인한 변화를 파악하고자 하였다. 이를 위하여 액체 방울의 조성에 따른 형태 및 거동을 분석하고자 물, 기름, 물과 기름의 혼합물을 부상시켜 액체 방울의 단면의 이심률을 분석하였고, 표면장력이 작은 기름의 비율이 높아질수록 방울 단면의 이심률이 커진다는 것을 확인하였다. 주제어: 초음파, 파동의 중첩, 정상파, 표면장력
물리적 또는 자연적 요인으로 관성에 의해 차량 뒷부분에 연결한 트레일러가 물고기 꼬리처럼 좌우로 흔들리는 스웨이 현상으로 인해 트레일러를 차량이 견인할 때 급브레이크를 밟거나 커브를 돌때 충돌하거나 전복될 수 있다. 본 연구는 스웨이 현상이 트레일러의 바퀴 위치, 트랙터와 트레일러의 질량비, 트랙터와 트레일러 사이 거리를 고려하여 잘 일어나지 않은 조건을 구하고자 한다. 주제어: 스웨이 현상, 트랙터-트레일러 모델
이 연구는 n 개의 점을 임의로 줬을 때 n개의 점을 모두 사용해서 그릴 수 있는 수형도의 개수가 OO[수학공식 붙임 참조]개라는 케일리 공식(Cayley formula)에 대한 3가지 증명 방법에 대해서 알아봅니다. 이 3가지 증명에는 귀납법을 사용하거나 그래프 사이의 일대일 대응을 이용합니다. 또한 프뤼퍼 알고리즘 이라는 알고리즘 방법을 사용하여 증명하기도 하였습니다. 그 후에 2 가지 색을 사용하여 이 n개의 점을 칠하는데 인접한 점끼리 다른 색이 칠해지는 ‘컬러링’ 방식을 이용하여 그려질 수 있는 수형도의 개수 OO[수학공식 붙임 참조]임을 보였습니다. 이를 활용하기 위해서 n개의 점을 k개의 점이 있는 그룹과 (n-k)개의 점이 있는 그룹으로 나누었습니다. 다음 각 그룹의 색을 지정하고 색이 다른 두 개의 그룹 사이의 연결을 통해서 수형도의 개수를 구하였습니다. 이 방법은 k=1 일 때부터 귀납적 추론을 활용하여 OO[수학공식 붙임 참조] 어떻게 나올 수 있는지 탐구하였습니다. 그 결과 수형도의 개수를 구해봤더니 OO[수학공식 붙임 참조]라는 결과를 얻을 수 있었고 이 식이 OO[수학공식 붙임 참조] 이와 같다는 것을 확인하여 새로운 케일리 정리의 증명 방법을 제시하였습니다. 주제어 : 케일리 정리, 수형도, 그래프, 이산수학, 조합론
본 연구는 수업 시간 사이 짧은 이동시간으로 인해 불편함을 겪는 대구과학고 학생들을 위해 텐서플로우 및 각종 하드웨어, 그리고 다익스트라 알고리즘을 통해 미리 정해둔 주요 지점의 혼잡도를 계산하여 최단 경로를 제시해주는 연구이다. 비록 대구과학고등학교라는 특수한 경우 내에서 활용하기 위해 시작한 연구이지만, 정점 및 간선 지정만 여러 건물의 구조에 맞추어 다시 설계한다면 같은 하드웨어 및 알고리즘, 프로그램 등을 활용하여 쉽게 외부에서도 적용할 수 있다. 주제어: 라즈베리파이, TensorFlow, 다익스트라 알고리즘, 혼잡도, 최적 경로