Název: Polovodiče zkoumání závislosti odporu termistoru a fotorezistoru na vnějších podmínkách Autor: Mgr. Lucia Klimková Název školy: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. města Prahy Předmět (mezipředmětové vztahy) : Fyzika (Chemie, Matematika) Tematický celek: Elektřina a magnetismus Ročník: 5. (3. ročník vyššího gymnázia) Popis - stručná anotace: Žák zapojí elektrický obvod s termistorem a fotorezistorem a určí závislost elektrického proudu na teplotě a na vnějším osvětlení. Tento výukový materiál byl vytvořen v rámci projektu Přírodní vědy prakticky a v souvislostech inovace výuky přírodovědných předmětů na Gymnáziu Jana Nerudy (číslo projektu CZ.2.17/3.1.00/36047) financovaného z Operačního programu Praha - Adaptabilita.
Úkol Výukové materiály Zapojte elektrický obvod s termistorem a fotorezistorem. Určete závislost elektrického proudu na teplotě a na vnějším osvětlení. Pomůcky Zdroj stejnosměrného napětí, datalogger, modul ampérmetr, modul voltmetr, spojovací vodiče, termistor, multimetr (na měření odporu), svíčka, zápalky, digitální teploměr, fotorezistor, zdroj světla, luxmetr, potenciometr Teorie Termistor je polovodičová součástka, která je citlivá na teplo. S rostoucí teplotou se uvolňuje více nosičů náboje a tím odpor termistoru klesá. Více elektronů z valenčního pásu překoná zakázaný pás a stanou se z nich volné elektrony. Změna odporu s teplotou je docela rychlá. Termistor se používá v elektronických čidlech na měření teploty. Schematická značka termistoru je. Fotorezistor je polovodičová součástka, která je citlivá na osvětlení. Elektro-magnetické vlnění (fotony) dodávají energii elektronům ve valenčním pásu. Ty pak překonají zakázaný pás a stanou se z nich volné elektrony. Schematická značka fotorezistoru je. Postup práce Termistor závislost na teplotě 1. Funkčnost termistoru připojeného na ohmmetr vyzkoušejte ohříváním mezi prsty. 2. Protože teplotní rozdíl ohřevu v ruce není nijak velký, připravte si plamen svíčky tak, aby byl dostatečně vysoký. 3. Teploměr a termistor připojený na ohmmetr (multimetr měřící odpor) ohřívejte nad plamenem svíčky. 4. Postupným ohřevem pozorujte změnu odporu polovodičové součástky. 5. Vytvořte graf teplotní charakteristiky pro termistor (Graf č. 1). Graf č. 1
Výukové materiály Postup práce Termistor VA charakteristika 1. Zapojte obvod dle Obrázku č. 1. 2. Rezistor R slouží k regulaci proudu v obvodu. 3. Změřte závislost napětí na termistoru na proudu, který jím prochází, při konstantní teplotě. 4. Vytvořte VA charakteristiku termistoru při dané teplotě (Graf č. 2). Obrázek č. 1 Graf č. 2
Postup práce - Fotorezistor 1. Zapojte obvod dle Obrázku č. 2. 2. Rezistor R slouží k regulaci proudu v obvodu. 3. Intenzitu osvětlení měňte přibližováním zdroje světla k fotorezistoru. 4. Intenzitu osvětlení měřte luxmetrem v blízkosti fotorezistoru. 5. Změřte závislost velikosti proudu v obvodu na intenzitě osvětlení fotorezistoru. 6. Z Ohmova zákona dopočítejte odpor fotorezistoru. 7. Vytvořte graf závislosti odporu fotorezistoru na intenzitě osvětlení (Graf č. 3) a případně i graf závislosti proudu na intenzitě osvětlení (Graf č. 4). Obrázek č. 2 Výukové materiály Graf č. 3 Graf č. 4
Výukové materiály Závěr Měřením jsme prokázali velkou závislost odporu termistoru na teplotě. Elektrický odpor termistoru s rostoucí teplotou prudce klesl. VA charakteristika termistoru při konstantní teplotě by se dala proložit lineární funkcí. Při napětí 7 V nastal v měření neočekávaný skok, který mohl být způsobený například průvanem a tím pádem chvilkovým ochlazením termistoru. Měřením jsme prokázali závislost odporu termistoru na osvětlení. Elektrický odpor fotorezistoru s rostoucím osvětlením klesl. Průkazná je i charakteristika procházejícího proudu v závislosti na osvětlení. Elektrický proud rostl s rostoucím osvětlením. Další náměty na měření 1. Měření teplotu neznámého objektu pomocí termistoru. 2. Měření intenzity osvětlení pomocí fotorezistoru. Literatura [1] ČERNÝ, Miroslav; physics.fme.vutbr.cz: Ústav fyzikálního inženýrství výuka [online]. 22.11.2014. Dostupný z WWW:<http://physics.fme.vutbr.cz/~mcerny/vyuka/> [2] HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER J. Fyzika, Vysoké učení technické v Brně Nakladatelství PROMETHEUS Praha, 2000 ISBN 81-7196-214-7 [3] KEKULE, Jaromír; elektross.gjn.cz: Elektřina a magnetismus [online]. 20.11.2014. Dostupný z WWW: <www.elektross.gjn.cz> [4] TME Czech Republic; tme.eu: Společnosti TME Czech Republic [online]. 22.11.2014. Dostupný z WWW:<http://physics.fme.vutbr.cz/~mcerny/vyuka/>
Pracovní list pro žáka Polovodiče zkoumání závislosti odporu termistoru a fotorezistoru na vnějších podmínkách Laboratorní práce č. Vypracoval: Třída, školní rok: Spolupracovali: Úkol Zapojte elektrický obvod s termistorem a fotorezistorem. Určete závislost elektrického proudu na teplotě a na vnějším osvětlení. Pomůcky Zdroj stejnosměrného napětí, datalogger, modul ampérmetr, modul voltmetr, spojovací vodiče, termistor, multimetr (na měření odporu), svíčka, zápalky, digitální teploměr, fotorezistor, zdroj světla, luxmetr, potenciometr Teorie Termistor je polovodičová součástka, která je citlivá na teplo. S rostoucí teplotou se uvolňuje více nosičů náboje a tím odpor termistoru klesá. Více elektronů z valenčního pásu překoná zakázaný pás a stanou se z nich volné elektrony. Změna odporu s teplotou je docela rychlá. Termistor se používá v elektronických čidlech na měření teploty. Schematická značka termistoru je. Fotorezistor je polovodičová součástka, která je citlivá na osvětlení. Elektro-magnetické vlnění (fotony) dodávají energii elektronům ve valenčním pásu. Ty pak překonají zakázaný pás a stanou se z nich volné elektrony. Schematická značka fotorezistoru je. Postup práce Termistor závislost na teplotě 1. Funkčnost termistoru připojeného na ohmmetr vyzkoušejte ohříváním mezi prsty. 2. Protože teplotní rozdíl ohřevu v ruce není nijak velký, připravte si plamen svíčky tak, aby byl dostatečně vysoký. 3. Teploměr a termistor připojený na ohmmetr (multimetr měřící odpor) ohřívejte nad plamenem svíčky. Pozorujte změnu odporu polovodičové součástky. 4. Vytvořte graf teplotní charakteristiky pro termistor (Graf č. 1). t [ C] R [Ω] Graf č. 1
Pracovní list pro žáka Postup práce Termistor VA charakteristika 1. Zapojte obvod dle Obrázku č. 1. 2. Odpor R slouží k regulaci proudu v obvodu. 3. Změřte závislost napětí na termistoru na proudu, který jím prochází. 4. Vytvořte VA charakteristiku termistoru při dané teplotě (Graf č. 2). Obrázek č. 1 U [V] I [ma] Graf č. 2
Postup práce - Fotorezistor Pracovní list pro žáka 1. Zapojte obvod dle Obrázku č. 2. 2. Odpor slouží k regulaci proudu v obvodu. 3. Intenzitu osvětlení měňte přibližováním zdroje světla k fotorezistoru. 4. Intenzitu osvětlení měřte luxmetrem v blízkosti fotorezistoru. 5. Změřte závislost velikosti proudu v obvodu na intenzitě osvětlení fotorezistoru. 6. Z Ohmova zákona dopočítejte odpor fotorezistoru. 7. Vytvořte graf závislosti odporu fotorezistoru na intenzitě osvětlení a případně i graf závislosti proudu na intenzitě osvětlení. Obrázek č. 2 E [lux] I [ma] R [Ω] Závěr Graf č. 3