Опыт, страница 332 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

С помощью лабораторного оборудования соберите установку для исследования закона Ома для участка цепи (вы уже делали это после изучения материала § 60). В качестве объекта исследования возьмите полупроводниковый диод. Постройте график зависимости силы тока от напряжения на диоде и сравните его с графиком для резистора.

Сборка установки для исследования полупроводникового диода

Для исследования зависимости силы тока от напряжения на полупроводниковом диоде (т.е. для снятия его вольт-амперной характеристики, ВАХ) необходимо собрать электрическую цепь. Вам понадобятся следующее лабораторное оборудование:

1. Источник постоянного тока.

2. Полупроводниковый диод.

3. Амперметр (или миллиамперметр).

4. Вольтметр.

5. Реостат для плавного регулирования силы тока и напряжения.

6. Соединительные провода и ключ.

Схема электрической цепи собирается следующим образом:

Источник тока, ключ, реостат, амперметр и полупроводниковый диод соединяются последовательно. Амперметр включается в цепь так, чтобы измерять ток, протекающий через диод.

Вольтметр подключается параллельно полупроводниковому диоду для измерения падения напряжения на нём.

Важно соблюдать полярность подключения. Для снятия прямой ветви ВАХ анод диода (обычно обозначается треугольником в схематическом изображении) подключают к положительному полюсу источника тока, а катод (обозначается чертой) — к отрицательному. Для снятия обратной ветви ВАХ полярность подключения диода к источнику меняют на противоположную.

Ответ: Установка для исследования диода состоит из последовательно соединенных источника тока, ключа, реостата, амперметра и диода. Вольтметр подключается параллельно диоду.

Построение графика зависимости силы тока от напряжения на диоде

После сборки установки приступают к измерениям. Процесс снятия ВАХ состоит из двух этапов: для прямого и обратного включения.

Прямое включение:

Плавно изменяя сопротивление реостата от максимального к минимальному, увеличивают напряжение на диоде. Для каждого значения напряжения $\text{U}$, измеренного вольтметром, записывают соответствующее значение силы тока $\text{I}$, измеренное амперметром. Данные заносят в таблицу.

Обратное включение:

Меняют полярность подключения диода и повторяют измерения. В этом случае ток будет очень мал (обратный ток), и его значение может быть близко к нулю для большинства школьных приборов.

На основе полученных данных строится график в координатах $I(U)$, где по горизонтальной оси откладывается напряжение $\text{U}$, а по вертикальной — сила тока $\text{I}$.

Полученный график будет иметь следующий вид:

1. В области положительных напряжений (прямое смещение) кривая сначала идет почти горизонтально вдоль оси напряжений, а затем, после достижения некоторого порогового напряжения (для кремниевых диодов это около 0.6–0.7 В), круто уходит вверх. Это означает, что ток начинает резко расти.

2. В области отрицательных напряжений (обратное смещение) ток очень мал и практически равен нулю. График почти совпадает с отрицательной полуосью напряжений.

Ответ: График зависимости силы тока от напряжения для полупроводникового диода (его вольт-амперная характеристика) является нелинейной, асимметричной кривой. При прямом смещении ток экспоненциально растет после порогового напряжения, а при обратном смещении он близок к нулю.

Сравнение графика для диода с графиком для резистора

График зависимости силы тока от напряжения для резистора принципиально отличается от графика для диода.

ВАХ резистора:

Для металлического проводника (резистора) справедлив закон Ома для участка цепи: $I = U/R$. Поскольку сопротивление резистора $\text{R}$ считается постоянным ($R = \text{const}$), зависимость силы тока от напряжения является линейной. График $I(U)$ для резистора представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат. График симметричен относительно начала координат, так как резистор проводит ток одинаково в обоих направлениях.

Сравнение ВАХ диода и резистора:

1. Линейность: Зависимость $I(U)$ для резистора линейна (график — прямая), а для диода — нелинейна (график — кривая). Это означает, что резистор подчиняется закону Ома, а диод — нет. Сопротивление диода не является постоянной величиной, а зависит от приложенного напряжения.

2. Симметрия: График для резистора симметричен относительно начала координат, что говорит о его одинаковой проводимости для тока любого направления. График для диода резко асимметричен, что отражает его основное свойство — одностороннюю проводимость. Диод хорошо проводит ток в прямом направлении и очень плохо — в обратном.

Ответ: В отличие от линейной и симметричной вольт-амперной характеристики резистора, ВАХ диода является нелинейной и асимметричной. Это показывает, что сопротивление диода не постоянно, и он обладает односторонней проводимостью, в то время как резистор подчиняется закону Ома и проводит ток одинаково в обоих направлениях.