Transcript Vlastní vodivost

Název šablony: Inovace ve fyzice
52/F11/16.11.2012,Slabá Janoutová
Vzdělávací oblast: Člověk a příroda
Název výukového materiálu: Vlastní vodivost
Autor: Bc. Jana Slabá Janoutová
Předmět: Fyzika
Třída: IX.
Tématický okruh: Elektrický proud v polovodičích
Téma: Vlastní vodivost
Druh výukového materiálu: prezentace
Použití ICT:interaktivní tabule,interaktivita
Didaktické, metodické poznámky (popis použití výukového materiálu ve výuce): výklad je věnován
polovodičům, vlastní vodivosti a přehlednými snímky pro představu. Žák se seznámí s principem a
použitím polovodičových součástek – termistor a fotorezistor. Na závěr prezentace zařazena
interaktivita ve formě spojení správných pojmů. Výklad navazuje na učebnici Fyzika pro 9. ročník, FRAUS
2007, str.42-44.
Použité zdroje: http://www.tabulka.cz/
http://cs.wikipedia.org/wiki/K%C5%99em%C3%ADk
http://www.studopory.vsb.cz/studijnimaterialy/Fyzikaprobakalare/PDF/3_05_Vedeni_v_polovodicich.pdf [1] použit obrázek
www.eucitel.cz/software/FYZIKA/el_proud/polovodice.pps - použito 5 snímků představující pohyb děr [2], [3], [4], [5], [6],
http://obrazky.cz/detail?q=fotorezistor&offset=1&limit=20&bUrlPar=filter%3D1&resNum=1&ref=http%3A//www.seznam.cz/&resID=CPtEDWDhdD8rwVNrae9KHoZS_TduY9zlVMrKCwlxKeg&imgURL=http%3A//lucy.troja.mff.cuni.cz/%7Etichy/elektros
s/obrazky/fotorezistor3.jpg&pageURL=http%3A//lucy.troja.mff.cuni.cz/%7Etichy/elektross/soucastky/zadny_prechod/fotorezistor.html&imgX=383&imgY=337&imgSize=11&thURL=http%3A//media1.picsearch.com/is%3FCPtEDWDhdD8rwVNrae9KHo
ZS_TduY9zlVMrKCwlxKeg&thX=128&thY=112&qNoSite=fotorezistor&siteWWW=&sId=pmVWgWJEwkbrnOMnVbtd
http://obrazky.cz/detail?q=termistor&offset=19&limit=20&bUrlPar=filter%3D1&resNum=27&ref=http%3A//obrazky.cz/%3Fstep%3D20%26filter%3D1%26s%3D%26size%3Dany%26sId%3DpmVWgWJEwkbrnOMnVbtd%26orientation%3D%26q%3Dter
mistor&resID=nabKr7pNwh6ne38XvvcJisaM7jkWn1y0l5kEU4oSNA4&imgURL=http%3A//www.ezk.cz/images/ter640_ntc_small.jpg&pageURL=http%3A//www.ezk.cz/termistory.htm&imgX=61&imgY=150&imgSize=3&thURL=http%3A//media3.picsear
ch.com/is%3FnabKr7pNwh6ne38XvvcJisaM7jkWn1y0l5kEU4oSNA4&thX=52&thY=128&qNoSite=termistor&siteWWW=&sId=pmVWgWJEw80BnOvXdnLL
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c0/Photo-Polyswitch.jpg/220px-Photo-Polyswitch.jpg
http://obrazky.cz/detail?q=termistor&offset=127&limit=20&bUrlPar=filter%3D1&resNum=132&ref=http%3A//obrazky.cz/%3Fstep%3D20%26filter%3D1%26s%3D%26size%3Dany%26sId%3DpmVWgWJEwaZpnhj_S86H%26orientation%3D%26q%3Dte
rmistor%26from%3D109&resID=kdwxgQI8YDQTVpzvRi5Ji4vd_R_5_Iqkdok5MAtnSk&imgURL=http%3A//www.cyfronika.home.pl/art69/trp_rh.jpg&pageURL=http%3A//www.cyfronika.home.pl/Iark3p1.htm&imgX=150&imgY=400&imgSize=33&thURL=http%3A//media3.picsearch.com/is%3Fk
dwxgQI-8YDQTVpzvRi5Ji4vd_R_5_Iqkdok5MAtnSk&thX=48&thY=128&qNoSite=termistor&siteWWW=&sId=pmVWgWJECkLvnhvBgjMB
http://obrazky.cz/detail?q=k%C5%99em%C3%ADk&offset=1&limit=20&bUrlPar=filter%3D1&resNum=4&ref=http%3A//www.seznam.cz/&resID=8395K6ODQVECa4F93GeVZamHdzgWdPKhykZe91zHxu4&imgURL=http%3A//chemickeprvky.euweb.cz/o
brazky/kremik2.jpg&pageURL=http%3A//chemickeprvky.euweb.cz/kremik.htm&imgX=250&imgY=197&imgSize=19&thURL=http%3A//media1.picsearch.com/is%3F8395K6ODQVECa4F93GeVZamHdzgWdPKhykZe91zHxu4&thX=128&thY=100&qNoSite
=k%C5%99em%C3%ADk&siteWWW=&sId=pmVWgWJEwCJKnhvraP85
http://www.detoxdome.com/Resources/fir/germanium.gif
Vlastní vodivost
Periodická tabulka prvků
křemík
germanium
Křemík a germanium
• roku 1871 objevil Mendělejev nový prvek a nazval
ho ekasilicuim (prvek po křemíku)
• eka silicium = nejbližší křemíku
• roku 1886 objevil tento prvek německý fyzik
Winkler a nazval ho podle své vlasti germanium
Co mají tyto chemické prvky společného?
* neobvyklé elektrické vlastnosti
* patří mezi polovodiče
Polovodič
* někdy se chová jako vodič a někdy jako nevodič
* pevná látka, jejíž elektrická vodivost závisí na
vnějších nebo vnitřních podmínkách
• vnější podmínky -dodání některého z druhů
energie:
- tepelné
- světelné
* vnitřní podmínky - příměs jiného prvku v
polovodiči.
Polovodičové součástky
Křemík
• prvek hojně se vyskytující v zemské kůře
• slouží jako základní materiál pro výrobu
polovodičových součástek
• základní surovina pro výrobu skla a významná
součást keramických a stavebních materiálů
• značka Si
• ve valenční vrstvě má 4 elektrony
díra
volný elektr
[1]
a)čistý křemík při velmi nízké teplotě.
V látce nejsou volné elektrony
a proto se chová jako nevodič
b) Znázornění páru volný elektron-díra.
Zvýšením teploty se uvolní volný
elektron a po něm vznikne díra a látka
se chová jako polovodič
Volné elektrony a díry
Volné elektrony
• v čistém křemíku při velmi
nízké teplotě jsou valenční
elektrony vázány
• v látce nejsou volné
elektrony, proto se látka
chová jako nevodič nebo li
izolant
• zvýšením teploty se uvolní
elektron a stává se volným
• mají elektrický záporný náboj
• jsou nositelem elektrického
náboje
Díry
• místa, kde se nacházely
elektrony před
uvolněním
• přiřazuje se jim kladný
elektrický náboj
[2]
ČISTÝ POLOVODIČ ZA ZVÝŠENÉ TEPLOTY
[3]
ČISTÝ POLOVODIČ ZA ZVÝŠENÉ TEPLOTY
[4]
ČISTÝ POLOVODIČ ZA ZVÝŠENÉ TEPLOTY
[5]
ČISTÝ POLOVODIČ ZA ZVÝŠENÉ TEPLOTY
[6]
Polovodiče
• látky, u kterých zvýšením teploty dochází k
vytváření volných elektronů a děr
• vlivem tepelného kmitání (zvýšení teploty)
• v čistém polovodiči je stejný počet volných
elektronů a děr
• čistém polovodiči je elektrický proud veden
zápornými volnými elektrony a kladnými
dírami
Odpor čistého polovodiče
R/Ω
t/°C
odpor čistého polovodiče s rostoucí teplotou
klesá
Termistor
• polovodičová součástka závislá na teplotě
(při vyšší teplotě vzniká více párů - volný elektron –
díra)
• schematická značka
• využívá se k měření teploty, která se
vypočítává z odporu
• využití: požární detektor
digitální teploměry
Fotorezistor
• polovodičová součástka závislá na světelné
záření
( volné elektrony a díry vznikají účinkem světelného záření )
• čím více je fotorezistor osvětlen, tím menší má
odpor.
• schematická značka:
• využití: ovládání dveří
automatické spínače na noční osvětlení
Polovodiče - shrnutí
• někdy se chovají jako vodiče a někdy jako
nevodiče
• jejich stav je závislý na jejich teplotě,
světelném záření
• u vodičů s rostoucí teplotou roste jejich odpor
a tím klesá jejich vodivost R
t
• u polovodičů s rostoucí teplotou odpor klesá
R
t
Spoj správné pojmy
Termistor
• polovodičová součástka
závislá na světelné záření
• polovodičová součástka
závislá na teplotě
• využití: ovládání dveří
Fotorezistor
automatické spínače na noční
osvětlení
• využití: požární detektor
digitální teploměry
Použité materiály
• http://www.tabulka.cz/
• http://cs.wikipedia.org/wiki/K%C5%99em%C3%ADk
• http://www.studopory.vsb.cz/studijnimaterialy/Fyzikaprobaka
lare/PDF/3_05_Vedeni_v_polovodicich.pdf [1] použit obrázek
• www.eucitel.cz/software/FYZIKA/el_proud/polovodice.pps použito 5 snímků představující pohyb děr [2], [3], [4], [5], [6],
•
•
http://obrazky.cz/detail?q=fotorezistor&offset=1&limit=20&bUrlPar=filter%3D1&resNum=1&ref=http%3A//www.seznam.cz/&resID=C
PtEDWDhdD8rwVNrae9KHoZS_TduY9zlVMrKCwlxKeg&imgURL=http%3A//lucy.troja.mff.cuni.cz/%7Etichy/elektross/obrazky/fotorezist
or3.jpg&pageURL=http%3A//lucy.troja.mff.cuni.cz/%7Etichy/elektross/soucastky/zadny_prechod/fotorezistor.html&imgX=383&imgY=3
37&imgSize=11&thURL=http%3A//media1.picsearch.com/is%3FCPtEDWDhdD8rwVNrae9KHoZS_TduY9zlVMrKCwlxKeg&thX=128&thY=
112&qNoSite=fotorezistor&siteWWW=&sId=pmVWgWJEwkbrnOMnVbtd
http://obrazky.cz/detail?q=termistor&offset=19&limit=20&bUrlPar=filter%3D1&resNum=27&ref=http%3A//obrazky.cz/%3Fstep%3D20
%26filter%3D1%26s%3D%26size%3Dany%26sId%3DpmVWgWJEwkbrnOMnVbtd%26orientation%3D%26q%3Dtermistor&resID=nabKr7
pNwh6ne38XvvcJisaM7jkWn1y0l5kEU4oSNA4&imgURL=http%3A//www.ezk.cz/images/ter640_ntc_small.jpg&pageURL=http%3A//ww
w.ezk.cz/termistory.htm&imgX=61&imgY=150&imgSize=3&thURL=http%3A//media3.picsearch.com/is%3FnabKr7pNwh6ne38XvvcJisa
M7jkWn1y0l5kEU4oSNA4&thX=52&thY=128&qNoSite=termistor&siteWWW=&sId=pmVWgWJEw80BnOvXdnLL
Použité materiály
• http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c
0/Photo-Polyswitch.jpg/220px-Photo-Polyswitch.jpg
•
•
•
http://obrazky.cz/detail?q=termistor&offset=127&limit=20&bUrlPar=filter%3D1&resNum=132&ref=http%
3A//obrazky.cz/%3Fstep%3D20%26filter%3D1%26s%3D%26size%3Dany%26sId%3DpmVWgWJEwaZpnhj_S
86H%26orientation%3D%26q%3Dtermistor%26from%3D109&resID=kdwxgQI8YDQTVpzvRi5Ji4vd_R_5_Iqkdok5MAtnSk&imgURL=http%3A//www.cyfronika.home.pl/art69/trp_rh.jpg&
pageURL=http%3A//www.cyfronika.home.pl/Iark3p1.htm&imgX=150&imgY=400&imgSize=33&thURL=htt
p%3A//media3.picsearch.com/is%3FkdwxgQI8YDQTVpzvRi5Ji4vd_R_5_Iqkdok5MAtnSk&thX=48&thY=128&qNoSite=termistor&siteWWW=&sId=pmVW
gWJECkLvnhvBgjMB
http://obrazky.cz/detail?q=k%C5%99em%C3%ADk&offset=1&limit=20&bUrlPar=filter%3D1&resNum=4&r
ef=http%3A//www.seznam.cz/&resID=8395K6ODQVECa4F93GeVZamHdzgWdPKhykZe91zHxu4&imgURL=h
ttp%3A//chemickeprvky.euweb.cz/obrazky/kremik2.jpg&pageURL=http%3A//chemickeprvky.euweb.cz/kre
mik.htm&imgX=250&imgY=197&imgSize=19&thURL=http%3A//media1.picsearch.com/is%3F8395K6ODQ
VECa4F93GeVZamHdzgWdPKhykZe91zHxu4&thX=128&thY=100&qNoSite=k%C5%99em%C3%ADk&siteW
WW=&sId=pmVWgWJEwCJKnhvraP85
http://www.detoxdome.com/Resources/fir/germanium.gif