Metodický pokyn = učitel

 

Tematické zařazení experimentu

• elektrické obvody
• elektrický proud v polovodičích

 

Cíl experimentu

• Cílem experimentu je prozkoumat vlastnosti fotorezistory.

 

Poznámky k realizaci experimentu

• Rezistor nebo žárovka zapojena do obvodu plní ochrannou funkci - procházející proud by mohl zničit fotorezistor.
• Hodnotu rezistoru je třeba zvolit tak, aby nedošlo k poškození zapojeného fotorezistory procházejícím proudem.

 

Návod na zpracování dat

Pokud je při měření použit stabilizovaný zdroj, hodnota napětí zdroje U (v našem případě 5 V) bude během měření konstantní, i když se bude měnit celkový procházející proud. Pak se celkové napětí zdroje U rozdělí mezi ochranný odpor a fotorezistor podle vztahu:

kde U je napětí stabilizovaného zdroje, UL je napětí na fotorezistory, R je hodnota ochranného odporu, a I je proud procházející obvodem.

Odtud po dosazení za I = UL / RL pro hodnotu odporu fotorezistory RL dostaneme:

Po dosazení pro nejvyšší hodnotu napětí na fotorezistory dostáváme:

Pro nejmenší hodnotu napětí platí:

Závěry z experimentu

• Fotorezistor má nejnižší elektrický odpor tehdy, když je jeho osvětlení maximálně a nejvyšší tehdy, když je jeho osvětlení minimální. V našem případě se odpor po přiblížení světelného zdroje zmenšil téměř 11x.

Žákovské aktivity

• Tento úkol patří mezi nenáročné elektrické experimenty.
• Žáci si v ní mohou procvičit sestavování elektrických obvodů a praktické využití Ohmova zákona pro výpočet elektrického odporu fotorezistory.
• Je možné ponechat vyhodnocení experimentu na žáky, pravděpodobně bude třeba jim vhodným způsobem pomoci při výpočtech.
• Je užitečné upozornit žáků na roli ochranného rezistoru v zapojeném obvodu.

 

Trochu teorie:

• Fotorezistor, jak už naznačuje jeho název, je rezistor, jehož elektrický odpor se mění s množstvím dopadajícího světla. Základem této součástky je polovodič. V polovodičích vznikají volné nosiče náboje a elektrický proud nejen působením elektrického pole nebo vlivem teploty, ale příčinou změny může být i jejich osvětlení. Fotony, které dopadají na polovodič, pohlcují elektrony ve struktuře polovodiče. Pokud je energie fotonu dostatečně velká, elektron překoná vazebné síly a stane se volným nosičem náboje. Uvolnění elektronu je doprovázeno vznikem děr. Tento jev se nazývá vnitřní fotoelektrický jev a je příčinou zmenšování odporu. To znamená, že čím více světla na fotorezistor dopadne, tím nižší bude hodnota jeho elektrického odporu.

 

• Elektrotechnická značka fotorezistory je na obrázku:
• Pokuste se v tomto experimentu prozkoumat závislost elektrického odporu fotorezistory od teploty.

 

Souvislost se životem, přírodou a praxí:

• Existuje mnoho typů fotorezistory, které se liší nejen typem použitého polovodičového materiálu, ale i způsobem využití.
• Levné fotorezistory na bázi sulfidu kademnatého (CDS), zalitého průhlednou látkou (např. Sklem) můžeme najít v běžné spotřební elektronice, jako jsou hračky pro děti, senzory pro měření osvětlení v digitálních kamerách a fotoaparátech, v poplašných zařízeních, v radiobudíkem, ale i v pouličním osvětlení.
• Fotorezistory obsahující germanium s příměsí mědi jsou citlivé na infračervené světlo, proto se dají použít například v infračervené astronomii a spektroskopii.
• V současné době se tyto elektrotechnické prvky prosazují iv robotice vedle dotykových senzorech. Jejich výhodou je to, že jsou levné, snadno se zapojují a značně rozšiřují možnosti robota.
• Výstupní kontrola produktů hraje v současné době velmi důležitou roli i v potravinářském průmyslu. Pokud například naplňujeme láhve nějakou průhlednou kapalinou, jako je víno, pivo, případně různé slazené nápoje, jednou ze základních kontrol, kterými již naplněné láhve projdou, je kontrola čirosti dané náplně. Kdysi se tato kontrola uskutečňovala ručně, dnes však máme k dispozici přístroje, které na kontrolu čirosti používají např. jednoduchý elektrotechnický prvek, zvaný fotorezistor.
• Víte, na jakém principu tato součástka pracuje?