Інформація для вчителів
Застосування
Напівпровідники дають добру можливість здобути перші уявлення про фізику твердого тіла поза межами металів.
Так само цей дослід дає перше уявлення про основоположний принцип напівпровідників. Досліджується принцип забороненої зони і в такий спосіб показується перша відмінність від класичних провідників.
Схема досліду
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Принцип
Енергія світла залежить від його довжини хвилі, тобто від його частоти. Її визначають за допомогою сталої Планка як E = h · f.
Щоб подолати валентну заборонену зону напівпровідника і в такий спосіб започаткувати процес провідності, електронам у зоні провідності треба надати енергію.
Якщо напівпровідник опромінити світлом, то світло, яке падає, віддає енергію електронам і збуджує їх, щоб вони перескочили у валентну зону. Якщо енергії світла, яке падає, не вистачає, щоб збудити електрони й валентну зону, то струм не тече; якщо ж електрони збуджено належним чином, то струм тече і може утворитися напруга, яку в цьому досліді можна виміряти.
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
Завдання
Учні мають здобути перші уявлення про принцип напівпровідника і зрозуміти принцип забороненої зони.
- Визначення забороненої зони світлодіодів одна відносно одної.
Інформація для учнів
Мотивація
Сучасні камери використовують напівпровідникові давачі, щоб робити знімки.
У цьому досліді досліджують принцип дії такого давача і з'ясовують, на що треба зважати під час користування ним.
Сучасна камера з напівпровідниковим давачем
Обладнання
Складання (1/2)
- Склади дослід відповідно до кроків від 1 до 7.
Крок 1
Крок 2
Крок 3
Складання (2/2)
- Приєднай до мультиметра той світлодіод, який має слугувати сенсором (діапазон вимірювання: 2 В).
Крок 4
Крок 5
- Приєднай світлодіод, який має слугувати джерелом світла, до джерела постійної напруги. Зваж на правильну полярність!
Крок 6
Крок 7
Виконання
- Потрібні світлодіоди таких кольорів: червоний, зелений, синій, ІЧ і УФ. Довжини хвиль максимальної інтенсивності (λmax), які відповідають кожному зі світлодіодів, наведено в таблиці нижче.
- Напругу повільно підвищують, доки світлодіод «джерело світла» не почне світитися. (Оскільки в ІЧ-світлодіода оком не видно, коли він світиться, напругу тут регулюють приблизно до 2,5 В.)
- Потім обидва світлодіоди світлонепроникно з'єднують через тубус.
- Фотонапругу, яка виникає у світлодіоді «сенсор», зчитують на мультиметрі.
- Якщо виникає помітна фотонапруга, задокументуйте це у відповідній комірці таблиці 1 у протоколі. Занотовуйте при цьому лише те, чи вимірюється фотонапруга, чи ні (так/ні)).
Протокол
Завдання 1
Колір світлодіода
УФ
синій
зелений
червоний
ІЧ
Довжина хвилі в нм
399
463
514
632
921
Напруга?
0: g:
0: g:
0: g:
0: g:
0: g:
Завдання 2
Перетягни слова в правильні пропуски. Підсумовуючи, з таблиці 1 випливає: якщо ____ ____ менша за довжину хвилі ____, то на світлодіоді-сенсорі вимірюється ____.