1. Czym są
półprzewodniki?

To materiały, w których elektrony z ostatniej powłoki słabo trzymają się atomów i
mogą być z niej wyrywane przez drgania termiczne lub światło. Wzrost temperatury
lub oświetlenie powodują, że płynie większy prąd mimo podłączenia do tego samego
napięcia.

2. Podaj przykłady
półprzewodników

Krzem Si - główny materiał z którego robi się procesory i inne układy scalone
German Ge

Arsenek galu GaAs

Wykonane z niego diody LED świecą w podczerwieni, nadają się do czujek

3. Na czym polega
przepływ prądu w
metalach?

Na ruchu swobodnych elektronów, tzn. elektronów które nie trzymają się konkretnych
atomów.

4. Na czym polega
przepływ prądu w
półprzewodnikach?

Na poruszaniu się swobodnych elektronów i luk po nich czyli tzw. „dziur” . Dziury
przemieszczają się tak jakby były ładunkami dodatnimi.

5. Co to są
półprzewodniki
typu n?

Są to półprzewodniki, w których sztucznie zwiększono ilość swobodnych elektronów
przez dodanie domieszki atomów zawierających o jeden więcej elektron niż potrzeba
do wiązania miedzy atomami. Takie dodatkowe elektrony z łatwością wyzwalają się
z atomów i mogą tworzyć prąd. Nie pozostaje po nich „dziura”.

6. Co to są
półprzewodniki
typu p?

Są to półprzewodniki, w których sztucznie zwiększono ilość dziur przez dodanie
domieszki atomów zawierających o jeden elektron mniej niż potrzeba do wiązania
miedzy atomami. Dziury mogą przemieszczać się z atomu do atomu tworząc prąd.

7. Co to diody
półprzewodnikowe?

Która część
narysowanej diody
jest typu n, a która
p?

Dioda to element elektroniczny złożony z dwu rodzajów półprzewodnika. Z jednej
strony jest półprzewodnik typu n z drugiej p.

Część n jest na lewo, p na prawo.

8.Co to są diody
prostownicze?

Są to diody przepuszczające prąd tylko w jedną stronę. Przewodzą prąd, gdy do n
przyłożymy minus, a do p plus. Wtedy zarówno elektrony jak i dziury są przepychane
przez obszar złącza. Gdy podłączymy diodę odwrotnie przez złącze nic nie przepływa

W którym z
przypadków a) czy
b) prąd płynie w
obwodzie?

– elektrony są odciągnięte od złącza, podobnie dziury (patrz rysunek poniżej lub na
stronie 27 podręcznika). Diody mają zastosowanie w prostownikach prądu np.
ładowarkach komórek telefonicznych.

Prąd nie będzie w stanie płynąć w przypadku b), ponieważ plus baterii przyciągnie do
siebie elektrony z pola n, a minus baterii przyciągnie do siebie dziury i zaraz wszelki
ruch ładunków ustanie.

9. Jak działają
diody LED i
laserowe?

Gdy podłączymy diodę tak, by przewodziła prąd, elektrony płyną przez złącze w jedną
stronę, dziury w drugą. Przy okazji elektrony mogą wpadać do dziur. Wtedy wysyłają
ś

wiatło. Wtedy mamy diodę LED (Light Emiting Diode). Niewielkie modyfikacje

pozwalają sprawić, by fotony wysyłane przez diodę były ze sobą zgrane. Mamy wtedy
diodę laserową.

10. Gdzie są
używane diody
LED?

W energooszczędnych lampach i wyświetlaczach telefonów komórkowych.

11. Gdzie są
używane diody
laserowe?

W nagrywarkach i czytnikach płyt CD.

12. Co to są ciekłe
kryształy, jak reagują
na pole elektryczne i
gdzie to znalazło
zastosowanie.

Są to ciecze złożone z podłużnych cząsteczek. Cząsteczki te jak ołówki w piórniku samoczynnie
układają się w jednym kierunku. Kierunek możemy zmieniać za pomocą pola elektrycznego, w
cząsteczkach następuje bowiem wtedy rozsuniecie się ładunków, co ustawia je od plusa do minusa.

Rys. Cząsteczki uporządkowane za pomocą naładowanych znajdujących się po bokach płytek.

Znalazły zastosowanie w różnego typu wyświetlaczach ciekłokrystalicznych czyli LCD (Liquid Crystal
Display). Wyświetlacze ciekłokrystaliczne wykorzystują światło spolaryzowane. Te w komputerach
wymagają podświetlenia od spodu. Tym z kalkulatorów wystarcza światło zewnętrzne. Za układem
szybek kalkulatora znajduje się lusterko, odbijające światło. To czy odbije, czy nie, zależy od ustawienia
cząsteczek ciekłego kryształu na danym polu. Pola te są trochę widoczne przy patrzeniu pod pewnym
kątem, natomiast wyraźnie ciemnieją, gdy zostanie do nich przyłożone napięcie.

Rys. Droga światła, gdy pole jest jasne.

Rys. Droga światła, gdy jest wyświetlana cyfra jako ciemne pola na jasnym tle.

13.Jakie zjawisko
wykorzystują
wyświetlacze
ciekłokrystaliczne?

Wykorzystują skręcenie płaszczyzny polaryzacji przez ciekłe kryształy. Fala świetlna
jest przekazywana od cząsteczki do cząsteczki. Gdy cząsteczki zmieniają swój
kierunek, zmienia się tez kierunek drgań fali.

14. Co to są
tranzystory?




Narysuj jak
zbudowany jest
tranzystor npn?

To elementy półprzewodnikowe zrobione z trzech warstw: p-n-p lub n-p-n (patrz
podręcznik str 28), Pracują jako wzmacniacze prądu.

Cechą charakterystyczną jest posiadanie trzech warstw i trzech „nóżek” stanowiących
doprowadzenia prądu.

15. Czym są układy Są tysiącami diod i tranzystorów wykonanych na jednym kawałku półprzewodnika.

scalone?

Takie układy kierują pracą komórek telefonicznych, są procesorami komputerów itp.

16. Jaki kalendarz
używamy obecnie?

Kalendarz gregoriański, wprowadzony przez Grzegorza Wielkiego ponad 400 lat
temu, blisko 100 lat po odkryciu Ameryki przez Kolumba.

17. Na czym polega
różnica w stosunku
do kalendarza
wprowadzonego
przez Juliusza
Cezara?

Na tym, że w kalendarzu juliańskim wszystkie lata podzielne przez 4 były przestępne,
czyli mające w lutym o jeden dzień więcej. Zatem na przykład lata 100, 200, 300, 400,
500, 600, 700. 800 były przestępne. W gregoriańskim wielokrotności setki są latami
zwykłymi. Tylko tym wyrażonym przez okrągłą liczbę 4 setek zostawiono
przestępność. Z podanych lat przestępne byłyby tylko 400 i 800.

18. Czy rok 2000
był przestępny?

Tak, bo 2000= 5 x 400

19. Jak dziś określa
się jedną sekundę?

Jako odpowiednią ilość drgań atomu cezu w zegarze atomowym

20. Jaka jest
dokładność
zegarów
atomowych?

Mylą się o sekundę na miliard lat.

21. Jakie są 100
razy dokładniejsze
zegary?

Pulsarowe. Nie są w pełni związane z ziemią, bo ich tykającym sercem są pulsary czyli
gwiazdy neutronowe powstałe po wybuchach supernowych. Wysyłają bardzo
regularnie impulsy radiowe w kosmos.

22. Co drga w
zegarkach
mechanicznych na
rękę, a co w
elektronicznych?

W mechanicznych sprężyna, a w elektronicznych kryształek kwarcu wprawiony w
drgania przez zmienne napięcie.

23. Co to jest
piezoelektryczność?

Polega na powstawaniu napięcia na ściśniętym krysztale (np. kwarcu) i odwrotnie –
deformacji kryształu pod wpływem napięcia elektrycznego. Znalazło zastosowanie w
zegarkach elektronicznych i zapalniczkach piezoelektrycznych do gazu, np. niektórych
zapalniczkach do papierosów.

24. Jakie są trzy
sposoby wymiany
ciepła?

Przewodnictwo (bezpośredni kontakt ciała zimnego i gorącego), konwekcja (
przemieszczenie się materii pod wpływem różnicy temperatur, np. ruch powietrza w
pokoju ogrzewanym kaloryferami) i promieniowanie

25. W jaki sposób
organizm człowieka
reguluje
temperaturę?

Przez pocenie się przy zbyt wysokiej i rozszerzenie powierzchniowych naczyń
krwionośnych przez co człowiek wydaje się czerwony.

Przez drgawki przy niskiej (np. szczękanie zębami), ograniczenie dopływu krwi do
zewnętrznych warstw ciała i gęsią skórkę. Ta ostatnia powoduje słabsze przyleganie
odzieży do ciała, co wytwarza grubszą izolującą warstwę powietrza. Ponieważ
cząsteczek powietrza jest dużo mniej niż w tej samej objętości cząsteczek cieczy czy
ciała stałego, więc wolniej przekazują energię od ciała nagrzanego do zimnego.

Bardzo dobrym materiałem chroniącym organizm człowieka przed utratą ciepła jest
neopren, czyli spieniony, wypełniony bąbelkami powietrza sztuczny kauczuk. Z
neoprenu wykonuje się kombinezony ratownicze na statkach i stroje nurków. Nawet
dostanie się wody między kombinezon a ciało, nie likwiduje jego skuteczności.

26. W jaki sposób
zwierzęta
kontrolują
temperaturę ciała?

Psy – ziają, gdy im gorąco. Ślina parując odbiera ciepło. Oddech wciąż wymienia
ciepłe powietrze na zimne.
Pocą się im poduszki łap, bo tylko tam mają gruczoły potowe. Krew intensywniej
dopływa do łap.
Kopią dołki, by usunąć zewnętrzna warstwę ziemi i położyć się na zimniejszej.

Słonie – wachlują uszami, w których mają mnóstwo naczyń krwionośnych. Zimniejsze
od ciała słonia powietrze ochładza wtedy krew.
Mają na ciele rzadką szczecinę. Włoski działają jak promienniki ciepła. (Szczecina ma
na celu również lepszą przyczepność błota do skóry, co jest z kolei obroną przed
muchami)
Polewają się wodą, która nawet jeśli nie jest zimna, parując pobiera ciepło.

Małe zwierzęta pustynne – zakopują się w piasku, który kilka cm pod powierzchnią
jest znacznie zimniejszy.
Starają się unosić kończyny i ogony na wysokość kilku cm, gdzie powietrze jest
chłodniejsze niż przy samym piasku (np. jaszczurka z pustyni Namib).
Spędzają dnie w głębokich norach, wychodzą dopiero w nocy (np. skorpiony).

Kameleony pustynne – zmieniają ubarwienie na białe, gdy nie chcą się ogrzewać, na
czarne, gdy chcą.

Kangury – chowają się w cieniu, ślinią przedramiona, kładą się na ziemi po zdarciu
zewnętrznej warstwy.

Uchatki na wybrzeżu pustyni Namib wystawiają płetwy jako promienniki ciepła.
Chłodzą się też w morzu.

Zwierzęta w zimnych rejonach mają warstwę tłuszczu. Im grubsza warstwa
oddzielająca wnętrze ciała od środowiska tym dłużej i wolniej ciepło uchodzi na
zewnątrz. Tkanka tłuszczowa jest dobrym izolatorem, bo jest słabo ukrwiona, nie
wykonuje przecież pracy jak mięśnie.

Niedźwiedzie polarne – mają włosy puste w środku, które przez to dobrze izolują od
mrozu. Włosy są przeźroczyste, a skóra czarna, więc promieniowanie słoneczne lepiej
dopływa do niej, niż gdyby włosy były ciemne i nagrzewały się na wierzchu, skąd
powietrze łatwo zabierałoby ciepło.
Izolacja jest tak dobra, że niedźwiedziom bywa gorąco i wtedy tarzają się w śniegu.

Pingwiny – oprócz piór i tłuszczu mają przeciwprądowy wymiennik ciepła. Tętnice
nóg są oplecione żyłami, co powoduje że krew tętnic się ochładza jeszcze przed
kontaktem ze skórą. Przez to utrata ciepła przez skórę jest wolniejsza.

27. Czego nie
należy robić, gdy
chcemy się ogrzać?

Pić alkoholu. Ten rozszerza naczynia krwionośne dając krótkotrwały efekt ogrzania
powierzchni. Na dłuższą metę prowadzi to do szybszej utraty ciepła. Wielu pijaków
zamarzło rozpinając się, bo było im gorąco. Potem szybko i bezpowrotnie wystygli.

Podobnie intensywne ćwiczenia gimnastyczne sprawią, że potem szybciej się
wychłodzimy. Człowiek wymęczony łatwiej zastygnie.

Kolejną zasadą jest ubieranie się stosowne do wysiłku. Zbyt grube powoduje, że się
pocimy. Aby ubranie dobrze izolowało, powinno być suche. Dobrze wiedzą o tym
Eskimosi.

W przypadku znajdowania się w wodzie, nie należy rozgrzewać się zbędnym
pływaniem.

28. Dlaczego
wnętrza termosów
są lustrzane?
Dlaczego między
podwójnymi
ś

ciankami termosu

jest próżnia?

Są pokryte lustrem, aby zawracać promieniowanie cieplne do wnętrza termosu.

Między ściankami jest próżnia, bo gdy brak cząsteczek, ciepło nie może uciekać za
pomocą przewodzenia ani konwekcji. Próżnia jest najlepszym izolatorem.

29. W jaki sposób
nienasłoneczniona
część Merkurego
ochładza się do
-200 stopni
Celsjusza?

Na skutek tego, że promieniuje w podczerwieni. Z tego samego powodu w nocy i
powierzchnia Ziemi się ochładza. Temperatura Ziemi nie spada tak bardzo, bo Ziemia
się szybciej obraca czyli noc nie trwa tak długo jak na Merkurym. Pozatym Ziemia ma
atmosferę z gazami cieplarnianymi.

30. Dlaczego
podnosząc ciężkie
przedmioty należy
kucać a nie
pochylać się?

Bo pochylanie się grozi uszkodzeniem systemu amortyzacji kręgosłupa czyli dysków
międzykręgowych.

Gdy pochylając się chcemy pokonać siłę ciężaru (strzałka czerwona) podnoszonego
obiektu musimy wytworzyć siłę do niej przeciwną. zaznaczoną na zielono (rys a)
Niestety mięśnie biegną wzdłuż pleców, dlatego muszą wytworzyć siłę o wiele

większą (strzałka niebieska rysunek b). Ta siła zgodnie z zasadą równoległoboku
rozkłada się na dwie – potrzebną nam zaznaczoną strzałkę zieloną i niezbyt potrzebną
zaznaczoną strzałką pomarańczową. Widzimy, że ta pomarańczowa działa wzdłuż
kręgosłupa i wielokrotnie jest większa niż ciężar podnoszonego obiektu. Zwłaszcza
przy wygięciu kręgosłupa w łuk prowadzi to do ucisku jednej strony dysków i
wyciskania płynu z nich płynu. Płyn może wypłynąć i uciskać rdzeń kręgowy, co
objawia się ostrym bólem.

Gdy podnosimy przykucając z wyprostowanym kręgosłupem, kręgosłup jest ściskany
tylko siłą ciężaru przedmiotu. Pracę podnoszenia wykonują wtedy nogi, które są
prościej zbudowane i mniej wrażliwe (rys c).

31. Dlaczego lód
jest lżejszy od
wody?

.Bo jest w nim między atomami więcej przestrzeni niż w wodzie.

Widać, że ta sama ilość cząsteczek w wodzie zajmuje mniej miejsca niż w lodzie.
Rysunek dla lodu jest uproszczony. Prawidłowe łączenie atomów jest omówione w
odpowiedzi na pytanie 34.

32. O czym mówi
gęstość? Jaka jest
gęstość wody?

O tym ile masy jest w jednostce objętości.
Gęstość wody to praktycznie 1 kg/dm

3

. Znaczy to, że litrowa butelka wody (i wszyst-

kich napojów złożonych głównie z niej) ma masę około 1kg.

33. Dlaczego woda
jest najgęstsza przy
4 stopniach
Celsjusza?

Bo w wyższych temperaturach zwiększone drgania powodują rozpychanie się
cząsteczek, a w mniejszych cząsteczki próbują krótkotrwale łączyć się w struktury
podobne do tych w lodzie.

34. Dlaczego płatki
ś

niegu są

sześcioramiennymi
gwiazdkami?

Dlatego, że cząsteczki wody w lodzie są spojone w sześciokąty foremne.

Powstawanie płatka polega na doklejaniu kolejnych sześciokątów do pierwszego, a
więc odbywa się w sześciu kierunkach.

35. Co to jest
kaloria?

To dawna jednostka energii. Jest to ilość ciepła pozwalająca ogrzać 1 g wody o jeden
stopień Celsjusza, Wynosi około 4 dżuli.
1 cal = 4 J

36. Dlaczego gram
wody jest trudniej
ogrzać niż oleju czy
alkoholu?

Bo w gramie wody jest dużo więcej cząsteczek niż w gramie oleju lub alkoholu.
Cząsteczki wody są lżejsze, ale przy ogrzaniu o 1 stopień każda pobiera tyle samo
ciepła co cząsteczka alkoholu czy oleju. Dzięki temu oraz dostępności i niepalności
woda jest doskonałym środkiem gaśniczym.

37. Co to są
wiązania
wodorowe?

To mocne przyciąganie się między dodatnimi atomami wodoru w jednej cząsteczce
wody a ujemnym atomem tlenu w innej.

38. Dlaczego woda
potrzebuje dużo
ciepła do topnienia i
wrzenia?

Bo wiązanie wodorowe trudno rozłączyć.

39. Co to jest
napięcie
powierzchniowe?

To zjawisko zachowywania się powierzchni wody jak powierzchni baloniku.
Cząsteczki wody mocno trzymają się siebie i nie pozwalają wtargnąć do środka
cząstkom, które nie są naładowane elektrycznie. Jeśli cząsteczki jakiegoś materiału nie
maja naładowanych końców woda ich nie zwilża, np. materiału na parasole.

40. Jakie zwierzęta
wykorzystują
napięcie
powierzchniowe?

Pluskwiaki nartniki do chodzenia po wodzie i pająki topiki do zamykania powietrza w
kokonach niezwilżalnych przez wodę.

41. Na czym polega
włoskowatość?

Na wędrówce wody w górę bardzo cienkich rurek. Dzięki temu nasiąka bibuła, a woda
z korzeni dociera do liści drzew.

42. Dlaczego
Ziemska doba się
wydłuża?

Na skutek tarcia wody o dno oceanu podczas przypływów i odpływów oraz deformacji
skorupy ziemskiej przez przyciąganie Księżyca. W ten sposób Ziemia deformując
kiedyś Księżyc zahamowała jego obrót. Jemu tego z Ziemią nie uda się do końca
uczynić, bo jest za mały.

43. Dlaczego
długość doby
zmienia się w
zależności od pór
roku?

Bo zmienia się rozłożenie wody na Ziemi, raz lód gromadzi się na biegunie
północnym potem na południowym. Tak jak u wykonującej piruet tancerki rozłożenie
mas (rąk) ma wpływ na tempo obrotu.

44. Co to jest
pajkryt?

To materiał kompozytowy uzyskany z wody i trocin, bardzo wytrzymały mechanicznie
i trudno topniejący.