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스마트팜 온·습도 센서 실험은 반도체의 기본 개념을 이해함으로써 반도체를 활용한 센서의 원리를 배우는 실험입니다. 반도체의 정의, 종류, 그리고 반도체를 활용한 센서를 스마트팜 환경에서 실험할 수 있습니다. 먼저 도체, 부도체, 반도체를 학습한 후에 N형 반도체, P형 반도체, 다이오드, 콘덴서를 전자의 에너지 준위와 전자 모형을 활용하여 학습하도록 구성하였습니다. 이를 바탕으로 반도체를 활용한 센서의 원리를 이해할 수 있습니다. 사전 학습을 마친 학생은 스마트팜에 입장하여 온도, 습도 센서가 부착된 스마트팜 내에서 반도체 센서가 어떻게 활용되는지 경험할 수 있습니다. 선택한 센서의 온도 또는 습도를 직접 조절해보고 반도체 센서 내에서 일어나는 변화를 애니메이션으로 보면서 이해할 수 있습니다. 1. 학습자가 온도 센서를 선택하여 스마트팜 내의 온도를 변화시켰을 때 : 온도에 따른 전자의 이동을 살펴보며 전기회로 내의 전압이 변하는 것을 관찰할 수 있음. 온도의 상승 또는 하강에 따른 스마트팜 내의 환경 변화와 그에 따른 반응(에어컨 또는 히터 가동)을 살펴볼 수 있음. 2. 학습자가 습도 센서를 선택하여 스마트팜 내의 습도를 변화시켰을 때 : 습도에 따른 물 분자가 반도체 센서에 흡수되는 원리를 이해할 수 있음. 흡수된 물 분자가 전기회로의 전자 이동에 어떤 영향을 미치는지 관찰할 수 있음. 습도의 상승 또는 하강에 따른 스마트팜 내의 환경 변화와 그에 따른 반응(스프링쿨러 또는 제습기 가동)을 살펴볼 수 있음. 이 실험을 통해 가능한 학습 내용은 아래와 같습니다. - 도체, 부도체, 반도체의 정의 - N형 반도체, P형 반도체, PN 다이오드, 콘덴서의 정의 - 반도체를 활용한 센서의 이해 - 옴의 법칙을 활용한 저항과 전압의 관계식 이해 - 온도 변화 시 반도체 센서 내의 전자의 이동에 따른 저항과 전압의 변화 이해 - 콘덴서를 활용한 습도 센서의 구성 - 흡습제의 산소 원자가 물 분자를 흡수하는 원리 이해 - 흡수된 물 분자가 자동이온화하는 과정을 시각화 - 자동이온화 과정에서 생성된 하이드로늄 양이온과 전자의 결합 시각화 - 습도 변화 시 반도체 센서 내의 전류의 변화 이해 - 스마트팜의 맞춤 온도, 습도 유지를 위한 스마트팜의 운영 원리 이해