Лабораторная работа 6, страница 146 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава III. Постоянный электрический ток. Параграф 24. Собственная проводимость полупроводников - страница 146.

Условие.

Лабораторная работа 6

Изучение работы полупроводникового диода

Цель работы: научиться собирать электрическую цепь с полупроводниковым диодом. Закрепить навыки включения в цепь амперметра и вольтметра. Убедиться в односторонней проводимости диода.

Приборы и материалы: источник тока, амперметр, вольтметр, низковольтная лампа на подставке, полупроводниковый диод, ключ, семь соединительных проводов.

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь по схеме, изображённой на рисунке 136. Убедитесь в том, что лампочка горит. Показания приборов занесите в таблицу 20.

Рис. 136. К заданию 1

2. По закону Ома рассчитайте сопротивление диода в прямом направлении. Результат тоже занесите в таблицу 20. $R = U/I$

3. Разомкните цепь и включите диод в обратном направлении. Включите цепь и убедитесь в том, что лампочка не горит. Значит, диод имеет одностороннюю проводимость. Измерьте напряжение, занесите в таблицу.

Таблица 20

Включение диода Состояние лампочки U, В I, А R, Ом

В прямом направлении

В обратном направлении

4. Сделайте вывод и напишите своё предположение о том, где и для чего может использоваться полупроводниковый диод.

Решение.

Это лабораторная работа, которая требует проведения эксперимента. Поскольку провести реальный эксперимент невозможно, будут приведены типичные ожидаемые результаты и расчеты на их основе.

Для выполнения расчетов примем следующие гипотетические данные, которые могли бы быть получены в ходе эксперимента:

• При прямом включении: напряжение на диоде $U_{прям} = 0.8 \text{ В}$, сила тока в цепи $I_{прям} = 0.2 \text{ А}$.
• При обратном включении: напряжение на диоде $U_{обр} = 4.5 \text{ В}$ (равно напряжению источника), сила тока в цепи $I_{обр} \approx 0 \text{ А}$.

Ниже представлено выполнение заданий лабораторной работы.

1. Соберите электрическую цепь по схеме, изображённой на рисунке 136. Убедитесь в том, что лампочка горит. Показания приборов занесите в таблицу 20.

После сборки схемы с диодом в прямом направлении (анод к "+", катод к "–") лампочка загорается, что указывает на наличие тока в цепи. Измерительные приборы показывают напряжение на диоде и силу тока в цепи. Эти данные заносятся в первую строку таблицы.

Ответ: Данные измерений для прямого включения занесены в Таблицу 20.

2. По закону Ома рассчитайте сопротивление диода в прямом направлении. Результат тоже занесите в таблицу 20.

Дано:

Напряжение на диоде при прямом включении: $U_{прям} = 0.8 \text{ В}$

Сила тока в цепи при прямом включении: $I_{прям} = 0.2 \text{ А}$

Найти:

Сопротивление диода в прямом направлении $R_{прям}$.

Решение:

Сопротивление участка цепи вычисляется по закону Ома:

$R = \frac{U}{I}$

Подставим значения, полученные при прямом включении диода:

$R_{прям} = \frac{U_{прям}}{I_{прям}} = \frac{0.8 \text{ В}}{0.2 \text{ А}} = 4 \text{ Ом}$

Ответ: Сопротивление диода в прямом направлении составляет 4 Ом. Результат занесен в таблицу.

3. Разомкните цепь и включите диод в обратном направлении. Включите цепь и убедитесь в том, что лампочка не горит. Значит, диод имеет одностороннюю проводимость. Измерьте напряжение, занесите в таблицу.

При включении диода в обратном направлении (катод к "+", анод к "–") лампочка не горит. Это означает, что ток в цепи практически отсутствует ($I_{обр} \approx 0 \text{ А}$). Вольтметр покажет напряжение, близкое к напряжению источника питания, так как на диоде с очень большим сопротивлением падает почти всё напряжение. Сопротивление диода в этом случае стремится к бесконечности.

Ответ: При обратном включении лампочка не горит, что подтверждает одностороннюю проводимость диода. Данные измерений занесены в Таблицу 20.

Заполненная таблица 20 будет выглядеть следующим образом:

Включение диода	Состояние лампочки	U, B	I, A	R, Ом
В прямом направлении	Горит	0,8	0,2	4
В обратном направлении	Не горит	4,5	≈ 0	Очень большое (→ ∞)

4. Сделайте вывод и напишите своё предположение о том, где и для чего может использоваться полупроводниковый диод.

Вывод:

В ходе выполнения лабораторной работы было экспериментально установлено, что полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью. При его включении в прямом направлении сопротивление диода мало, и он пропускает электрический ток, заставляя лампочку светиться. При включении в обратном направлении сопротивление диода становится очень большим, он практически не пропускает ток, и лампочка не горит.

Предположение о применении:

Основное свойство диода — пропускать ток преимущественно в одном направлении — делает его незаменимым для преобразования (выпрямления) переменного тока в постоянный. Это используется в блоках питания различных устройств (компьютеров, телевизоров), в зарядных устройствах для телефонов и ноутбуков. Диоды также применяются для защиты электронных схем от подключения источника питания с неправильной полярностью и в качестве элементов логических схем.

Ответ: Вывод: полупроводниковый диод обладает свойством односторонней проводимости. Его можно использовать для выпрямления переменного тока, то есть для преобразования его в постоянный.