과학 기구
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1. 개요
과학 기구는 과학적 연구 및 실험에 사용되는 다양한 도구를 총칭하며, 역사적으로 그 정의와 형태가 변화해 왔다. 19세기 이전에는 자연 철학적 또는 철학적 장치로 불렸으며, 대학이나 연구소 근처의 기구 제작자에 의해 제작되어 상업적으로 생산되기도 했다. 과학 기구는 가속도계, 전류계, 현미경, 망원경 등 크기, 목적, 복잡성에 따라 다양한 종류가 있으며, 디지털 기술의 발전으로 컴퓨터와의 통합이 이루어지고 있다. 주요 과학 기구 제작 기업으로는 애질런트 테크놀로지스, 브루커, 써모 피셔 사이언티픽 등이 있으며, 윌리엄 존스, 페트루스 야코부스 키프 등 다양한 설계자들이 존재한다. 과학 기구 관련 박물관으로는 하버드 대학교의 역사 과학 기기 컬렉션, 독일 박물관 등이 있다.
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| 과학 기구 | |
|---|---|
| 과학 기구 | |
| 유형 | 도구 |
| 용도 | 과학적 목적 |
2. 과학 기구의 역사
역사적으로 과학 기구의 정의는 사용, 법률 및 역사적 시기에 따라 다양하게 변해왔다.[1][2][3] 19세기 중반 이전에는 이러한 도구를 "자연 철학적" 또는 "철학적" 장치 및 기구라고 불렀으며, 아스트롤라베 및 진자 시계와 같이 고대부터 중세 시대까지의 오래된 도구는 "자연을 정성적 또는 정량적으로 연구하기 위해 개발된 도구"라는 현대적인 정의를 벗어난다.[1][3] 과학 기구는 대학교나 연구 실험실과 같은 학습 또는 연구 중심지 근처에 거주하는 기구 제작자에 의해 제작되었다. 기구 제작자는 목적에 맞게 기구를 설계, 제작 및 개선했지만, 수요가 충분하면 기구는 상업 제품으로 생산되었다.[4][5]
과학 기기는 크기, 모양, 목적, 복잡성 및 정교함에 따라 매우 다양하다. 저울, 자, 크로노미터, 온도계 등과 같이 비교적 간단한 실험 장비도 과학 기기에 포함된다. 20세기 후반 또는 21세기 초에 개발된 비교적 간단한 과학 기구에는 폴드스코프 (광학 현미경), SCALE(KAS 주기율표),[10] MasSpec 펜 (암을 감지하는 펜), 혈당 측정기 등이 있다.
얀 잉겐하우스가 광합성을 보여주기 위해 유디오미터를 사용한 것에 대한 설명에서 한 전기 작가는 다음과 같이 말했다. "이 기구의 사용과 진화의 역사는 과학이 단지 이론적인 노력이 아니라, 기구와 기술의 혼합물이며 실무자 공동체 내의 사회적 환경에 기반을 둔 활동이라는 것을 보여주는 데 도움이 된다. 유디오미터는 이 혼합물의 한 요소로, 연구자들이 그 의미와 적절한 사용법에 대해 의견이 달랐음에도 불구하고 전체 연구 공동체를 하나로 묶어두었다는 것이 밝혀졌다."[6]
제2차 세계 대전까지, 의약품, 연료 및 무기화된 물질과 같은 전시 제품에 대한 개선된 분석에 대한 수요가 기구 발전을 새로운 수준으로 끌어올렸다.[7] 오늘날, 과학적 노력에 사용되는 기구, 특히 분석 기구에 대한 변화가 빠르게 일어나고 있으며, 컴퓨터 및 데이터 관리 시스템과의 상호 연결이 점점 더 필수적이 되고 있다.[8][9]
3. 과학 기구의 종류
입자 가속기 또는 전파 망원경 안테나와 같이 크기가 매우 크고 복잡한 과학 기기도 있다. 반면, 마이크로미터 및 나노미터 기술의 발전으로 나노 스케일 수술 도구, 생물학적 나노로봇, 생체 전자 공학 등과 같이 기기 크기가 작아지는 방향으로도 발전하고 있다.[11][12]3. 1. 기초 과학 기구
| 기구 | 분야 | 측정 대상 |
|---|---|---|
| 가속도계 | 물리 | 가속도 |
| 전류계 | 전기 | 암페어 수, 전류 |
| 풍속계 | 풍속 | |
| 캘리퍼스 | 거리 | |
| 열랑계 | 열 | |
| DNA 염기서열분석기 | 분자생물학 | |
| 동력계 | 돌림힘 | |
| 전위계 | 전하, 전압 | |
| 검전기 | 전하 | |
| 정전 분석기 | 하전 입자의 운동 에너지 | |
| 중력계 | 중력 | |
| 액체비중계 | ||
| 경사계 | 슬로프 | |
| 자력계 | 자기 선속 | |
| 압력계 | 공기 압력 | |
| 질량 분석 | 복합 식별 | |
| 마이크로미터 (기구) | 거리 | |
| 현미경 | 빛 확대 | |
| 핵자기 공명분광기 | 화학 복합 식별, 의학 진단 촬영 | |
| 옴계 | 전기 저항 | |
| 오실로스코프 | 전기 신호 전압, 진폭, 파장, 주파수, 파형 | |
| 지진계 | 가속 | |
| 분광기 | 빛 주파수, 파장, 진폭 | |
| 망원경 | 빛 확대 (천문학) | |
| 온도계 | 온도 측정 | |
| 경위의 | 각도, 조사 | |
| 열전대 | 온도 | |
| 전압계 | 전압 |
3. 2. 첨단 과학 기구
| 기구 | 분야 | 설명 |
|---|---|---|
| 가속도계 | 물리 | 가속도 측정 |
| 전류계 | 전기 | 암페어 수, 전류 측정 |
| 풍속계 | 풍속 측정 | |
| https://www.bostonmicromachines.com/aoslo.htm 적응형 광학 스캐닝 레이저 검안경 | ||
| 캘리퍼스 | 거리 측정 | |
| 열랑계 | 열 측정 | |
| DNA 염기서열분석기 | 분자생물학 | |
| 동력계 | 돌림힘 측정 | |
| 전위계 | 전하, 전압 측정 | |
| 검전기 | 전하 측정 | |
| 정전 분석기 | 하전 입자의 운동 에너지 측정 | |
| 타원계측법 | ||
| 중력계 | 중력 측정 | |
| 액체비중계 | ||
| 경사계 | 슬로프 측정 | |
| 간섭법 | 광학 | |
| 자력 기록기 | 자기장 측정 | |
| 자력계 | 자기 선속 측정 | |
| 압력계 | 공기 압력 측정 | |
| 질량 분석 | 복합 식별 | |
| 마이크로미터 (기구) | 거리 측정 | |
| 현미경 | 빛 확대 | |
| 핵자기 공명분광기 | 화학 복합 식별, 의학 진단 촬영 | |
| 옴계 | 전기 저항 측정 | |
| 오실로스코프 | 전기 신호 전압, 진폭, 파장, 주파수, 파형 측정 | |
| 지진계 | 가속 측정 | |
| 스펙트로그램 | 소리 주파수, 파장, 진폭 측정 | |
| 분광기 | 빛 주파수, 파장, 진폭 측정 | |
| 망원경 | 빛 확대 (천문학) | |
| 온도계 | 온도 측정 | |
| 비행시간형질량분석기 | ||
| 경위의 | 각도, 조사 | |
| 열전대 | 온도 측정 | |
| 전압계 | 전압 측정 |
3. 3. 디지털 시대의 과학 기구
컴퓨터와의 통합을 기반으로 하는 계측기들이 늘어나면서 제어가 개선되고 단순화되고 있다. 이러한 통합은 기기 기능, 조건 및 매개변수 조정을 향상 및 확장하고, 데이터 샘플링, 수집, 해상도, 분석(처리 중 및 처리 후 모두), 저장 및 검색을 간소화한다. 첨단 계측기는 근거리 통신망 (LAN)으로 직접 연결되거나 미들웨어를 통해 연결될 수 있으며, 실험실 정보 관리 시스템 (LIMS)과 같은 정보 관리 애플리케이션의 일부로 더욱 통합될 수 있다.[13][14] 계측기 연결은 사물 인터넷 (IoT) 기술을 사용하여 더욱 발전될 수 있으며, 예를 들어 먼 거리에 있는 실험실에서 워크스테이션이나 다른 곳의 모바일 장치에서 모니터링할 수 있는 네트워크에 계측기를 연결할 수 있다.[15]| 기구 | 분야 | 측정 대상 | 비고 |
|---|---|---|---|
| 가속도계 | 물리 | 가속도 | |
| 전류계 | 전기 | 암페어 수, 전류 | |
| 풍속계 | 풍속 | ||
| 적응형 광학 스캐닝 레이저 검안경 | |||
| 캘리퍼스 | 거리 | ||
| 열랑계 | 열 | ||
| DNA 염기서열분석기 | 분자생물학 | ||
| 동력계 | 돌림힘 | ||
| 전위계 | 전하, 전압 | ||
| 검전기 | 전하 | ||
| 정전 분석기 | 하전 입자의 운동 에너지 | ||
| 타원계측법 | |||
| 중력계 | 중력 | ||
| 액체비중계 | |||
| 경사계 | 슬로프 | ||
| 간섭법 | 광학 | ||
| 자력 기록기 | 자기장 | ||
| 자력계 | 자기 선속 | ||
| 압력계 | 공기 압력 | ||
| 질량 분석 | 복합 식별 | ||
| 마이크로미터 (기구) | 거리 | ||
| 현미경 | 빛 확대 | ||
| 핵자기 공명분광기 | 화학 복합 식별, 의학 진단 촬영 | ||
| 옴계 | 전기 저항 | ||
| 오실로스코프 | 전기 신호 전압, 진폭, 파장, 주파수, 파형 | ||
| 지진계 | 가속 | ||
| 스펙트로그램 | 소리 주파수, 파장, 진폭 | ||
| 분광기 | 빛 주파수, 파장, 진폭 | ||
| 망원경 | 빛 확대 | 천문학 | |
| 온도계 | 온도 측정 | ||
| 비행시간형질량분석기 | |||
| 경위의 | 각도, 조사 | ||
| 열전대 | 온도 | ||
| 전압계 | 전압 |
3. 4. 구체적인 과학 기구 목록
| 기구 | 분야 | 측정 대상 |
|---|---|---|
| 가속도계 | 물리 | 가속도 |
| 전류계 | 전기 | 전류 (암페어 수) |
| 풍속계 | 풍속 | |
| 캘리퍼스 | 거리 | |
| 열량계 | 열 | |
| DNA 시퀀서 | 분자 생물학 | |
| 토크 렌치 | 토크/힘 | |
| 전위계 | 전하, 전위차 | |
| 검전기 | 전하 | |
| 정전 분석기 | 하전 입자의 운동 에너지 | |
| 타원 편광 측정기 | 광학 | 굴절률 |
| 기체량 측정기 | 기체 부피 | |
| 중력계 | 중력 | |
| 비중계 | ||
| 경사계 | 경사 | |
| 간섭계 | 광학, 적외선 | 스펙트럼 |
| 자기 집게 | 생체 분자 조작 | |
| 자기력계 | 자기장 | |
| 자기력계 | 자기 선속 | |
| 압력계 | 공기 압력 | |
| 질량 분석기 | 화합물 식별/특성 분석 | |
| 마이크로미터 | 거리 | |
| 현미경 | 광학 | 확대 |
| NMR 분광기 | 화학 화합물 식별, 의료 진단 영상 | |
| 저항계 | 전기 저항/임피던스 | |
| 광학 집게 | 나노 규모 조작 | |
| 오실로스코프 | 전기 신호 전압, 진폭, 파장, 주파수, 파형 모양/패턴 | |
| 광도계 | 조도, 방사 조도, 빛의 흡수, 빛의 산란, 빛의 반사, 형광, 인광, 발광 | |
| 지진계 | 가속도 | |
| 스펙트럼 | 음향 | 주파수, 파장, 진폭 |
| 분광기 | 빛 | 주파수, 파장, 진폭 |
| 망원경 | 빛 확대 (천문학) | |
| 온도계 | 온도 측정 | |
| 경위도 | 각도, 측량 | |
| 열전대 | 온도 | |
| 전압계 | 전압 |
4. 과학 기구 제작
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4. 1. 주요 과학 기구 제작 기업
| 국가 | 기업명 |
|---|---|
| 미국 | 454 생명 과학 |
| 뉴질랜드 | ADInstruments |
| 미국 | 애질런트 테크놀로지스 |
| 오스트리아 | 안톤 파 |
| 영국 | A. 레이롤 & 컴퍼니 |
| 미국 | 벡크만 쿨터 |
| 미국 | 브루커 |
| 영국 | 케임브리지 과학 기기 회사 |
| 독일 | 엘레멘타 |
| 프랑스 | 퍼스트 라이트 이미징 |
| 일본 | 호리바 |
| 일본 | 일본 전자 |
| 미국 | 레코 코퍼레이션 |
| 영국 | 마르케스 인터내셔널 |
| 영국 | 말번 기기 |
| 미국 | 맥퍼슨 |
| 스위스 / 미국 | 메틀러 톨레도 |
| 미국 | MTS 시스템즈 코퍼레이션 |
| 캐나다 | 노바캠 테크놀로지스 |
| 영국 | 옥스포드 인스트루먼츠 |
| 미국 | 팔 |
| 미국 | 퍼킨엘머 |
| 스페인 | 폴리머 샤 |
| 일본 | 시마즈 |
| 호주 | 테크트론 |
| 미국 | 써모 피셔 사이언티픽 |
| 미국 | 워터스 코퍼레이션 |
4. 2. 과학 기구 설계자
5. 과학 기구 관련 박물관
- 하버드 역사 과학 기기 컬렉션
- 보어하브 박물관
- 화학 유산 재단
- 독일 박물관
- 실용 과학 장려를 위한 로열 빅토리아 갤러리
- 휘플 과학사 박물관
참조
[1]
서적
Reader's Guide to the History of Science
Taylor & Francis
[2]
논문
What Is a Scientific Instrument, When Did It Become One, and Why?
1990-03
[3]
논문
United States v. Presbyterian Hospital
[4]
서적
Early Scientific Instruments: Europe, 1400-1800
Phillip Wilson Publishers
[5]
서적
Early American Scientific Instruments and Their Makers
http://www.gutenberg[...]
Smithsonian Institution
2017-01-18
[6]
서적
From Sunlight to Insight. Jan IngenHousz, the discovery of photosynthesis & science in the light of ecology
VUB Press
[7]
논문
The Rise of Instruments during World War II
[8]
서적
Analytical Instrumentation: A Guide to Laboratory, Portable and Miniaturized Instruments
John Wiley & Sons
[9]
서적
Handbook of Analytical Instruments
McGraw Hill Education
[10]
논문
KAS PERIODIC TABLE
[11]
서적
Systems Engineering for Microscale and Nanoscale Technologies
CRC Press
[12]
서적
Technological Advances in Surgery, Trauma and Critical Care
Springer
[13]
논문
Integration of instruments and a laboratory information management system at the information level: An inductively coupled plasma spectrometer
[14]
논문
Integration of Analytical Instruments with Computer Scripting
[15]
논문
The Internet of Things comes to the lab
[16]
간행물
Paul Bunge Prize: History of Scientific Instruments, 1993-2023
https://en.gdch.de/f[...]
GDCh & DBG
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