Archivní obsah
Tento materiál pochází ze staršího archivu rvp.cz a už není součástí aktuální nabídky. Uchováváme ho, aby na něj dál vedly původní odkazy.
LED a laser
Znát vlastnosti polovodičů a polovodičových součástek je v současné době velmi důležité, neboť s polovodiči a jejich aplikacemi se setkává každý z nás denně. Proto je nutné, aby žáci základní vlastnosti polovodičových součástek správně pochopili.
Téměř všechny elektrické spotřebiče, které každý den používáme, využívají k indikaci svých různých funkcí LED (Light Emitting Diode). Proto by se žáci středních škol měli se základní funkcí LED seznámit. V následujícím článku bude popsán základní fyzikální experiment vysvětlující kvalitativně činnost LED a jeden zajímavý experiment, který lze použít i jako motivaci k výkladu kvantové fyziky.
Teorie
LED je polovodičová součástka, která po připojení ke zdroji napětí a dodržení správné polarity emituje světlo. Barva emitovaného světla je závislá na materiálu polovodičů, ze kterých se vyrábí vlastní čip LED. Světlo vzniká v čipu LED na základě fyzikálního děje zvaného rekombinace, při kterém se spojují volné elektrony a díry v polovodičích čipu LED, a uvolněná energie se mění na světelnou energii.
Polovodičová LED je (tak jako většina polovodičových součástek) závislá na polaritě zdroje napětí. Proto je nutné ji připojit ke zdroji napětí správně, tj. katodu LED (zápornou elektrodu), která je u LED tvořena kratším drátkem než anoda, musíme připojit k zápornému pólu zdroje. Aby LED emitovala světlo, musí být připojena k napětí, jehož hodnota dosahuje minimálně tzv. prahového napětí. To je závislé na materiálu čipu LED (a tedy i na barvě světla, které LED emituje). Při připojení k napětí, které je menší než prahové napětí, LED nesvítí.
Detailněji je LED popsána v [1].
Popis experimentů
K experimentům budeme potřebovat LED (nejlépe červené barvy), zdroj napětí, spojovací vodiče a pro druhý experiment také laserové ukazovátko (svítící červeně) a voltmetr (viz obr. 1). Z důvodu ochrany LED před velkým elektrickým proudem, který by ji mohl zničit, je vhodné použít ochranný rezistor o odporu např. 100 Ω. Pokud tento ochranný rezistor do obvodu nezařadíme a použijeme-li zdroj napětí do přibližně 5 V, LED se při krátkodobém zapojení nezničí. Nicméně i tento typ znalostí by žáci měli postupně získávat: při dlouhodobém používání LED nebo při zapojení k vyššímu napětí by se LED poničila. Proto by žáci měli funkci ochranného rezistoru postupně pochopit, protože v řadě technických aplikací je jeho použití nezbytné!
