Загальна інформація
Застосування
Сонячний елемент як діод
Сонячні елементи з напівпровідникових матеріалів працюють за тим самим принципом, що й діоди. У фотовольтаїчних модулях їх з'єднують по кілька елементів разом.
Діод - це електричний елемент, який пропускає струм в одному напрямку і замикає його в іншому.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Основні властивості діода слід вважати відомими.
Принцип
У затемненому стані сонячний елемент поводиться як діод.
Діод можна вмикати в прямому або у зворотному напрямку. У прямому напрямку струм може текти, у протилежному діод замикає.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Принцип дії затемненого сонячного елемента як діода демонструють, досліджуючи його поведінку в прямому та зворотному напрямках.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Щодо H- і P-формулювань звертайся до паспорта безпеки відповідної хімічної речовини.
Теорія
- Діод складається з шару, легованого за типом p, і шару, легованого за типом n. Завдяки цьому він має характерні для нього зворотний і прямий напрямки.
- При потраплянні світла на сонячний елемент у ньому виникають вільні носії заряду, які електричне поле виштовхує назовні, і так створюється напруга. У затемненому стані сонячний елемент поводиться як діод.
- Задаючи напрямок напруги, можна дослідити характеристику сонячного елемента.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Демонстраційний універсальний вимірювальний прилад, ADM3 | 13840-00 | 2 | 2 | З'єднувальний, прямий, модуль DB | 09401-01 | 2 | 3 | З'єднувальний, кутовий, модуль DB | 09401-02 | 4 | 4 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль DB | 09401-04 | 1 | 5 | Патрон для лампи розжарювання E10, модуль DB | 09404-00 | 1 | 6 | Сонячний елемент, 2,5 см x 5 см, модуль DB | 09470-00 | 1 | 7 | Лампи розжарювання 4 В/ 0,04 A, E10, 10 шт. | 06154-03 | 1 | 8 | Картонні аркуші 200x300 мм, чорні, 10 шт. | 06306-01 | 1 | 9 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 | 10 | PHYWE Блок живлення, універсальний, RiSU 2019 DC: 0...18 В, 0...5 А / AC: 2/4/6/8/10/12/15 В, 5 А | 13504-93 | 1 | 11 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 | 12 | З'єднувальний провідник, 250 мм, жовтий | 07360-02 | 1 | 13 | З'єднувальний провідник, 750 мм, червоний | 07362-01 | 1 | 14 | З'єднувальний провідник, 750 мм, синій | 07362-04 | 1 |
|---|
Складання та виконання
Складання (1/2)
Частина 1: діод (якісно)
- Зібрати електричне коло за рисунком і приєднати до виходу постійної напруги блока живлення, дотримуючись правильної полярності приєднання.
- Блок живлення вимкнений.
- Чорний картон розрізати або скласти і закріпити клейкою стрічкою так, щоб шість шарів картону лягли один на одний і могли повністю накрити модуль сонячного елемента (полюс + спрямований униз).
Складання (2/2)
Частина 2: темнова характеристика (кількісно)
- Зібрати електричне коло за рисунком, враховуючи полярність.
- Блок живлення вимкнений.
Виконання (1/4)
Частина 1: діод (якісно)
- На блоці живлення встановити напругу 0 В.
- Увімкнути блок живлення.
- Повільно підвищити напругу від 0 В до 4 В.
- Перевірити, чи світиться лампа розжарювання.
- Повернути напругу на 0 В.
Виконання (2/4)
- У колі поміняти місцями червоний і синій кабелі (рисунок).
- Знову повільно підвищити напругу від нуля до 4 В.
- Перевірити, чи світиться лампа розжарювання.
- Повернути напругу на 0 В.
- Вимкнути блок живлення.
Виконання (3/4)
Частина 2: темнова характеристика (кількісно)
- Установити напругу на блоці живлення на 0 В.
- Увімкнути блок живлення.
- Установити напругу 1 В і виміряти силу струму:
- Дуже повільно повернути напругу знову на 0 В.
U=1 В, I=
Виконання (4/4)
- Поміняти місцями червоний і синій кабелі у схемі.
- Знову повільно вивести напругу на 1 В.
- Виміряти силу струму:
- Установити напругу на 0 В.
- Вимкнути блок живлення.
Кабелі переставлено: U=1 В, I=
Опрацювання результатів (1/2)
Перетягни слова у правильні поля! Якщо додатний полюс блока живлення приєднано до полюса накритого сонячного елемента, позначеного "+", ____. В іншому разі ____.
Впиши слова, яких бракує. ____ - це електричний елемент, крізь який струм може текти лише в одному напрямку. Оскільки ____ має саме цю властивість, то він і є діодом.
Опрацювання результатів (2/2)
Перетягни правильні слова в пропуски! Можна встановити, що струм крізь затемнений сонячний елемент тече лише починаючи з напруги приблизно ____. За ____ напруги струм не тече. Від 0,5 В струм повільно зростає. За ____ напруги приблизно ____ струм різко зростає. Отже, сонячний елемент має характеристику діода, причому ____ через матеріал сонячного елемента становить 0,5 В.