Компьютеры

"Суперкомпьютеры сегодня имеют такое же значение для людей, делающих открытия, какое имели формулы для Ньютона".

Рон Бейли

ПЗС - матрица – светочувствительная полупроводниковая микросхема, с помощью которой световой сигнал преобразуется в электрический сигнал. Информация считывается методом зарядовой связи. Если на соседний пиксель подать +, а затем убрать его, то электроны из одной ловушки переместятся в следующую ловушку. В двумерных матрицах вся матрица сдвигается на один регистр вниз, а считывание информации производится с самого нижнего ряда. На пластинке – чипе – размером 8 х 15 мм можно разместить матрицу, состоящую из пяти миллионов пикселей. В плоских интегральных микросхемах (чипах) электроны имеют две степени свободы и обладают при комнатной температуре такой же средней кинетической энергией, какую они приобретают под действием напряжения 0,026 В. Управляющий сигнал транзистора должен быть заметно больше (порядка 0,5 – 1 В). При размерах транзистора порядка 50 нм, напряженность поля в нем достигает 2·10⁷ В/м (почти пробивное). Это ограничивает предел миниатюризации интегральных схем.

Терморезисторы (термисторы) - приборы, в которых используется зави­симость электрического сопротивления полупроводников от температуры . Обозначение на электрических схемах: Вольтамперная характеристика терморезистора: Устройство и принцип действия полупроводникового термометра (демон­страция). Применение: измерение низких и высоких температур, пере­менный резистор с подогревом, температурный компенсатор.

Фоторезистор - полупроводниковый прибор, действие которого основано, на способности полупроводников изменять свое электрическое сопротивление под действием света. Обозначение на схемах:

Фотореле (демонстрация действия простейшего реле).

Тензорезистор - прибор, в котором используется зависимость сопротивления полупроводника от механического напряжения. У полупроводниковых тензорезисторов чувствительность в 100 раз выше, чем у металлических (увеличение подвижности).

Триггер (демонстрация).

Логические схемы на полупроводниках (демонстрация).

IV. Задача:

1. К концам цепи, состоящей из последовательно включенного термистора и реостата сопротивлением 1 кОм, подано напряжение 20 В. При комнатной температуре сила тока в цепи была 5 мА. Когда термистор опустили в горячую воду, сила тока стала 10 мА. Во сколько раз изменилось сопротивление термистора?

V. § 75

1. Изготовьте и исследуйте автоколебательную систему, содержащую термистор в качестве единственного нелинейного элемента.

2. Составить обобщающую таблицу "Электрический ток в полупроводниках", используя рисунки, чертежи и текстовый материал.

3. Заполнить таблицу:

Прибор	Обозначение	Характеристики	Назначение	Применения
Термистор
Фоторезистор
Тензодатчик
Диод
Фотодиод
Светодиод
Транзистор

"Тысячи путей ведут к заблуждению, к истине - только один".

Ж.Ж. Руссо

Урок 55/37. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

ЦЕЛЬ УРОКА: Закрепить знания, полученные при изучении темы "Электрический ток в различных средах".

ТИП УРОКА: решение задач.

ОБОРУДОВАНИЕ: микрокалькулятор.

ПЛАН УРОКА:

1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Опрос 10 мин

3. Решение задач 30 мин

4. Задание на дом 2-3 мин

II. Опрос фундаментальный: 1. Транзистор. 2. Применение полупровод­ников.

Задача:

1. При подключении гальванического элемента с ЭДС 1,5 В к зажимам А и В амперметр показал ток 1 А. Когда полярность элемента изменили на противоположную, ток упал в два раза. Какая электрическая цепь находится внутри коробки?

2. Фоторезистор, который в темноте имеет сопротивление 25 кОм, включили последовательно с резистором сопротивлением 5 кОм. Когда фоторезистор осветили, сила тока в цепи увеличилась в 4 раза. Каким стало сопротивление фоторезистора?

3. В усилителе, собранном на транзисторе с общей базой, сила тока в цепи эмиттера равна 12 мА, в цепи базы 600 мкА. Найти силу тока в цепи коллектора.

Вопросы:

1. Объясните, каким образом транзистор можно использовать в качестве электронного ключа; в качестве усилителя?

2. Почему транзисторный приемник перестает работать в трескучий мороз?

3. Как зависит от температуры концентрация свободных носителей заряда в чистом полупроводнике; при наличии примеси?

4. Как зависит проводимость примесного полупроводника от его темпе­ратуры (начертите примерный график)?

5. Как из двух термисторов сделать психрометр? Начертите принципиальную схему такого устройства.

6. В плоских интегральных микросхемах (чипах) электроны имеют две степени свободы и обладают при комнатной температуре такой же средней кинетической энергией, какую они приобретают под действием напряжения 0,026 В.

Эта величина называется «тепловым напряжением». Докажите это.

7. Почему миниатюризация полупроводниковых интегральных схем увеличивает тепловыделение на каждый ее квадратный сантиметр?

8. В электротехнике встречается много схем, в которых лампы накали­вания включают последовательно, например в сигнализации. В таких цепях при перегорании одной из ламп не горят и все остальные. Чтобы при неисправности одной лампы остальные продолжали гореть, параллель­но им включают терморезистор. Объясните действие этой схемы.

9. Как работает схема, изображенная на рисунке?

III. Задачи:

1. Электролитическая ванна для получения алюминия рассчитана на 25000 А. Электролиз окиси алюминия производится при рабочем напряжении 4,8 В на ванне. Выход по току равен 86%. Сколько алюминия производится за сутки? Каков расход электроэнергии на 1 кг алюминия?

2. К вакуумному диоду приложено напряжение 300 В при анодном токе 10 мА. Определите количество теплоты, выделяемое на аноде за 10 минут работы лампы.

3. Под действием ионизатора в пространстве между обкладками плоского воздушного конденсатора, подключенного к источнику постоянного напря­жения, образуется 2,5·10⁸ пар одновалентных ионов в секунду в 1 см³. Опреде­лить ток насыщения, если площадь каждой обкладки конденсатора 10 см², а расстояние между ними 2 см.

IV. § 82

1. Опишите вымышленную ситуацию в форме рассказа, содержание которого во многих случаях находилось бы в противоречии с электронными пред­ставлениями о строении вещества.

2. Заполните таблицу:

Термометрическое тело	Особенности	Недостатки и достоинства	Применения
Жидкость
Газ
Термопара
Термистор

"Видеть легко, трудно предвидеть".

Франклин

Урок 56/38. ОБОБЩАЮЩЕЕ ПОВТОРЕНИЕ ПО ТЕМЕ:

«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ».

ЦЕЛЬ УРОКА: Систематизировать и обобщить знания учащихся о постоянно токе, научить их осуществлять классификацию веществ по их электрическим свойствам.

ТИП УРОКА: обобщающее повторение.

ОБОРУДОВАНИЕ: источник тока "Практикум", миллиамперметр 0-50 мА, вольтметр 0-15 В, "черные ящики", соединительные провода, обобщающая таблица "Постоянный электрический ток", структурные элементы обобщающей таблицы "Электрический ток в различных средах".

ПЛАН УРОКА: 1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Обобщающее повторение 15 мин

3. Самостоятельная работа 20 мин

4. Подведение итогов 5 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

II. Обобщающее повторение по таблице "Постоянный электрический ток".

Вопросы:

1. Что называют электрическим током?

2. Назовите основные величины, используемые для описания электричес­кого тока.

3. Сформулируйте основные законы постоянного тока.

4. Для каких физических объектов характерно данное явление?

5. Зарисуйте схему экспериментальной установки для обнаружения и изучения электрического тока в среде.

Заполнение обобщающей таблицы "Электрический ток в различных средах" на магнитной доске.

Среда	Носители заряда	Причина образования	Зависимость R(t)	В-А характеристика	Применения
Металл
Электролит
Газ
Вакуум
Полупроводник
Диэлектрик

Основные особенности протекания электрического тока в металлах, электролитах, газах, полупроводниках, вакууме, диэлектриках.
Носители свободного заряда, причины их возникновения, зависимость сопротивления от температуры, вольтамперная характеристика, практические применения.

Можно ли по виду вольтамперной характеристики, а также по характеру зависимости сопротивления от температуры, осуществить классификацию веществ по их электрическим свойствам? Как это сделать?

III. Снимая вольтамперную характеристику "черного ящика" в прямом и обратном направлении и вычерчивая ее в масштабе в тетради, ученик должен установить электрические свойства среды и обоснованно ответить на вопрос о содержимом "черного ящика".

Выполнение работы.

IV. Вскрытие "черных ящиков" преподавателем. Обсуждение вольтампер­ных характеристик. Подведение итогов. Выводы учащихся. Оценки.

"Искусным экспериментаторам еще, несомненно, предстоит открыть совершенно неожиданные и новые объекты. Природа не могла так быстро истощить запас своих хитростей"

Ш.Л. Глэшоу Очарование физики

V. Подготовка к выполнению контрольной работы.

"Каждый стоит столько, сколько стоит то, о чем он хлопочет"

Марк Аврелий

Урок 57/39. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 7

"Каждый строит заново вселенную,

И она единственно реальная.

Есть вселенные довольно ценные,

Большинство вселенных тривиальные".

Кейт Диксон