بسم
الله الرحمن الرحيم
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
حل أسئلة التقويم السادس ( إلكترونات
الحالة الصلبة )
نبدأ على بركة الله ..
33. أكمل خريطة المفاهيم أدناه
باستخدام المصطلحات الآتية : الترانزستور ، دايود السيليكون ، يبعث ضوءا ، يوصل
الكهرباء في كلا الاتجاهين .
الحل :
إتقان المفاهيم
34. كيف تختلف مستويات الطاقة في بلورة
عنصر معين عن مستويات الطاقة في ذرة مفردة من ذلك العنصر ؟
الحل :
تمتلك مستويات الطاقة للذرة المفردة قيما منفصلة
ووحيدة ، أما مستويات الطاقة في البلورة فتمتلك مدى صغيرا حول القيم الموجودة في
الذرة المفردة .
35. لماذا يؤدي تشخين أشباه الموصلات
إلى زيادة موصليتها ؟
الحل :
تعطي كمية الحرارة العالية طاقة إضافية
للإلكترونات ، مما يسمح بوصول المزيد من الإلكترونات إلى حزمة التوصيل .
36. ما الناقل الرئيس للتيار في المادة
شبه الموصلة من النوع P ؟
الحل :
ثقوب ذات شحنة موجبة .
37. يطبق جهاز الأوميتر فرق الجهد عبر
الأداة لفحصها ، ويقيس التيار ، ويبين مقاومة الأداة . إذا قمت بتوصيل الأوميتر
عبر الدايود ، فهل يعتمد التيار الذي نقيسه على أي طرف للدايود يوصل مع القطب
الموجب لجهاز الأوميتر ؟ وضح إجابتك .
الحل :
نعم ، هناك طريقة واحدة لجعل الدايود منحازا
أماميا ، أما الطريقة الأخرى فتجعله منحازا عكسيا .
38. ما معنى رأس السهم على الباعث في
رمز دائرة الترانزستور ؟
الحل :
رأس السهم هو الذي يوضح اتجاه التيار الاصطلاحي .
39. صف تركيب الدايود المنحاز أماميا .
ووضح كيفية عمله .
الحل :
يحتوي الدايود المنحاز أماميا على طبقة شبه موصلة
من النوع p
، وطبقة شبه موصلة من النوع n ، وهاتان الطبقتان موصولتان من نهايتيهما
بأسلاك بواسطة أغطية فلزية . وتكون الطبقة من النوع P
موصولة مع القطب الموجب للبطارية . تنشأ ثقوب جديدة في الطبقة من النوع P ،
زتتحرك هذه الثقوب نحو الحد الفاصل بين المادتين شبه الموصلتين . في حين تضاف
غلكترونات جديدة إلى الطبقة من النوع n ، وتتحرك هذه الإلكترونات نحو الحد الفاصل
بين المادتين شبه الموصلتين ، وعندما تتحد الثقوب والإلكترونات معا ، تكتمل
الدائرة ويتدفق تيار ، بحيث يكون اتجاهه من الطبقة شبه الموصلة من النوع p إلى
الطبقة شبه الموصلة من النوع n .
تطبيق المفاهيم
40. في مخطط حزم الطاقة الموضح في
الشكل 6-15 أي منها تمثل المادة التي
لها أكبر مقاومة ؟
الحل :
الحزمة C .
41. في مخططات حزم الطاقة الموضحة في
الشكل 6-15 أيها له حزم توصيل نصف
ممتلئة ؟
الحل :
الحزمة A .
42. في مخططات حزم الطاقة الموضحة في
الشكل 6-15 أيها يمثل أشباه موصلات ؟
الحل:
الحزمة B .
43.
تتناقص مقاومة الجرافيت عندما ترتفع درجة الحرارة . فهل توصيل الجرافيت
للكهرباء أكثر من النحاس أم السليكون ؟
الحل :
أكثر شبها بالسيليكون Si .
44. أي المواد الآتية تعمل عوازل جيدة
: مادة لها فجوة ممنوعة عرضها 8 eV ، أم مادة لها فجوة ممنوعة عرضها 3eV ، أم مادة ليس لها فجوة ممنوعة ؟
الحل :
مادة تمتلك فجوة ممنوعة عرضها 8 eV
.
45. بالنسبة لذرات المواد الثلاث
الواردة في السؤال السابق ، أي هذه المواد أكثر صلابة عند انتزاع إلكترون منها ؟
الحل :
مادة تمتلك فجوة ممنوعة عرضها 8 eV
.
46. حدد إذا كان المصباح في كل من
الدوائر a,b,c الموضحة في الشكل 6-16 مضيئا أم لا .
الحل :
الدائرة a : لا يضيء
، الدائرة b
: لا يضيء ، الدائرة c : نعم يضيء .
47. في الدائرة الموضحة في الشكل 6-17 ، حدد ما إذا كان أحد المصباحين L1
و L2 مضيئا ، أم كلاهما مضيء ،
أم كلاهما غير مضيء .
الحل :
L1 مضيء ، L2 غير
مضيء .
48. استخدم الجدول الدوري لتحديد أي
العناصر الآتية يمكن أن يضاف إلى الجرمانيوم لتكوين شبه موصل من النوع p : Ge ، Al
، Si ، P ، N
، C ، B ، Sb
، In ، As ، Ga
.
الحل :
العناصر هي : In ، Ga ، Al ، B .
49. هل يظهر جهاز الأميتر مقاومة أكبر
عندما يكون الصمام من نوع pn منحازا أماميا أم منحازا
عكسيا ؟
الحل :
يظهر الصمام من نوع pn
مقاومة أقل عندما يكون منحازا أماميا .
50. إذا أظهر جهاز الأوميتر في المسألة
السابقة مقاومة متدنية فهل يكون سلك توصيل الأوميتر عند رأس سهم الصمام الثاني ذا
جهد مرتفع أم ذا جهد مرتفع أم ذا جهد منخفض ، مقارنة بالسلك الآخر الموصول
بالأوميتر ؟
الحل :
يكون ذا جهد مرتفع ، أي موجب أكثر .
51. إذا قمت بمعالجة الجرمانيوم النقي
بعنصر الجاليوم وحده ، فهل تنتج مقاوما ، أم دايودا ، أم ترانزستورا ؟
الحل :
تنتج مقاوما لأنه لا يوجد وصلة .
52. ارسم الشكل الموجي للزمن مقابل
الاتساع للنقطة A في الشكل 6-18 a مفترضا أن الشكل الموجي للتيار المتردد AC
الداخل ، كما هو موضح في الشكل 6-18b .
الحل :
تكون النقطة A
سالبة إلى الأرض ، ويظهر الرسم البياني للموجة الناتجة قطع قطبية التيار المتردد
السالبة للموجة المدخلة .
إتقان حل المسائل
6-1 التوصيل الكهربائي في المواد الصلبة
53. ما عدد الإلكترونات الحرة الموجودة
في سنتمتر مكعب من الصوديوم ؟ علما أن كثافته تساوي 0.971 g/cm3 ، وكتلته الذرية تساوي 22.99 g/mol ، عندما يوجد إلكترون حر واحد في كل ذرة .
الحل :
54. تحرر طاقة حرارية 1.55x109
e-/cm3 في السيليكون النقي عند
درجة حرارة 0 oC ، إذا علمت أن كثافة
السيليكون تساوي 2.33 g/cm3 ، والكتلة الذرية
للسيليكون تساوي 28.09 g/mol فما نسبة الذرات التي تحتوي على إلكترونات حرة
؟
الحل :
6-2 الأدوات الإلكترونية
55. LED
إذا كان هبوط الجهد عبر الدايود المشع للضوء المتوهج يساوي 1.2 V
تقريبا . وفي الشكل 6-19 ، فإن هبوط الجهد عبر
الدايود المشع للضوء . ما مقدار التيار الكهربائي المار خلال كل مما يأتي ؟
a.
الدايود المشع للضوء LED .
b.
المقاومة .
الحل :
a.
b.
56. أراد عمر زيادة التيار المار خلال
الدايود المشع للضوء في المسألة السابقة ليصبح 3x101 mA على أن تكون إضاءته أكثر سطوعا . افترض أن هبوط الجهد عبر الدايود
المشع للضوء بقي 1.2 V ، فما مقدار المقاومة التي
ينبغي له استخدامها ؟
الحل :
57. الدايود وصل دايود من السليكون ذو
الخصائص I/V الموضحة في الشكل 6-9 مع بطارية من خلال مقاومة مقدارها 270 Ω . إذا كان الدايود منحازا
إلى الأمام بواسطة بطارية ، وكان تيار الدايود يساوي 15 mA
، فما مقدار جهد البطارية ؟
الحل :
58. افترض أن المفتاح الموضح في الشكل 6-20 مفتوح ، وحدد كلا من :
a.
تيار القاعدة .
b.
التيار الجامع .
c.
قراءة جهاز الفولتمتر .
الحل :
a.
من
خلال معاينة الشكل فإن دائرة القاعدة مفتوحة ، لذا يكون تيار القاعدة صفرا .
b. من التعريف : إذا كان تيار القاعدة صفرا ، فكذلك
تيار الجامع صفرا .
c. 15 V
، فعندما لا يكون هناك تدفق للتيار ، فإن الهبوط عبر المقاومة يكون صفرا ، ويكون
هبوط الـ 15
V عبر الترانزستور.
59. افترض أن المفتاح الموضح في الشكل 6-20 مغلق ، وهبوط الجهد عبر وصلة القاعدة – الباعث يساوي 0.70 V ، وكسب التيار من القاعدة للجامع يساوي 220
، وحدد كلا من :
a.
تيار القاعدة .
b.
تيار الجامع .
c.
قراءة الفولتمتر .
الحل :
a.
b.
c.
مراجعة عامة
60. الموجات الكهرومغناطيسية التي
تصطدم بالسيليكون تحرك الإلكترونات من حزمة التكافؤ على حزمة التوصيل عندما تكون
الفجوة الممنوعة فيه 1.1 eV . ما أكبر طول موجي
للإشعاع الذي يمكن أن يثير الإلكترون بهذه الطريقة ؟ تذكر أن E=1240 eV.nm/λ .
الحل :
61. صمام الـ Si
يظهر دايود السيليكون الخاص عند درجة حرارة 0 oC تيارا كهربائيا مقداره 1.0 nA عندما يكون منحازا عكسيا . ما التيار الذي يمكن توقعه إذا ارتفعت
درجة الحرارة إلى 104 oC ؟ افترض أن جهد القاعدة
العكسي بقي ثابتا . ( إنتاج الناقل الحراري للسيليكون يتضاعف لكل زيادة في درجة
الحرارة مقدارها 8 oC ) .
الحل :
62. صمام الـ Ge
يظهر دايود الجرمانيوم الخاص عند درجة حرارة 0 oC تيارا كهربائيا مقداره 1.5 µA عندما يكون منحازا عكسيا .
ما التيار الذي يمكن توقعه إذا ارتفعت درجة الحرارة إلى 104 oC ؟ افترض أن جهد القاعدة العكسي بقي ثابتا . ( إنتاج الناقل
الحراري للجرمانيوم يتضاعف لكل زيادة في درجة الحرارة مقدارها 13 o
C ) .
الحل :
63. LED
ينتج الدايود المشع للضوء ضوءا أخضر طوله الموجي 550 nm عندما تتحرك الإلكترونات من حزمة التوصيل إلى حزمة التكافؤ . احسب
عرض الفجوة الممنوعة بوحدة eV في هذا الدايود .
الحل :
64. ارجع إلى الشكل 6-21 وحدد كلا من :
a.
قراءة الفولتمتر .
b.
قراءة A1 .
c.
قراءة A2 .
الحل :
a.
0.70 V ، وذلك بمعاينة الدائرة والتقريب فإن الهبوط
عبر دايود السيليكون 0.70 V عندما يكون منحازا انحيازا أماميا .
b. 0 A
، وذلك بمعاينة الدائرة ، فغن 0.70 V غير كافية لتشغيل دايودين متصلين على
التوالي .
c.
65. تطبيق المفاهيم هناك بعض المحركات
في الشكل 6-22 ، تدور في اتجاه عند تطبيق
قطبية معينة و تدور في الاتجاه المعاكس عند عكس القطبية .
a.
أي دائرة ( a ، b
، c ) ستسمح للمحرك بالدوران في اتجاه واحد فقط ؟
b.
أي دائرة ستؤدي إلى تلف المنصهر الكهربائي ( الفيوز ) عند تطبيق قطبية
غير صحيحة ؟
c.
أي دائرة تنتج اتجاه دوران صحيح بغض النظر عن القطبية المطبقة ؟
d.
ناقش مزايا وعيوب كل من الدوائر الثلاث .
الحل :
a.
a
b. b
c. c
d. الدائرة في الففرع a لها
ميزة إيجابية ، ألا وههي بساطتها ، أما ميزتها السلبية ، فهي هبوط في الجهد مقداره
0.70
V ، والتي يمكن أن تكون مهمة في دوائر الجهد
المنخفض . الدائرة في الفرع b لها ميزة إيجابية ، ألا وهي عدم ضياع 0.70 V
، ولها ميزة سلبية ، ألا وهي أنه ينبغي تبديل المنصهرات . الدائرة في الفرع c لها
ميزة إيجابية ، وهي أنها دائمة العمل بغض النظر عن قطبيتها ، وميزتها السلبية
تتمثل في ضياع 1.4
V .
66. تطبيق المفاهيم يوضح الشكل 6-23 خصائص I/V لاثنين من الدايودات
المشعة للضوء والتي تتوهج بألوان مختلفة . يتعين أن يوصل كل دايود ببطارية جهدها 9.0 V من خلال مقاومة . إذا كان كل دايود يشغل بتيار مقداره 0.040 A ، فما مقدار المقاومات التي ينبغي اختيارها لكل دايود ؟
الحل :
67. تطبيق المفاهيم افترض أن الصمامين
الثنائيين الواردين في المسألة السابقة قد وصلا معا على التوالي ، فإذا استخدمت
البطارية الواردة في المسألة السابقة نفسها ، وكان التيار المطلوب يساوي 0.035 A ، فما المقاوم الذي ينبغي استخدامه ؟
الحل :
الكتابة في الفيزياء
68. ابحث حول مبدأ الاستبعاد لباولي
وحياة فولفجانج باولي ، وسلط الضوء على إسهاماته البارزة في مجال العلوم . وصف
تطبيق مبدأ الاستبعاد على نظرية الحزم في التوصيل ، وخصوصا في أشباه الموصلات .
الحل :
اقرأ الموضوع التالي مبدأ الاستبعاد لباولي : انقر هنا
69. اكتب مناقشة تتكون من صفحة واحدة
حول مستوى طاقة فيرمي عند تطبيقها على مخططات حزم الطاقة لأشباه الموصلات على أن
تتضمن المناقشة رسما واحدا على الأقل .
الحل :
مراجعة تراكمية
70. أنبوب من النحاس طوله 2.00 m عند 23 oC . ما مقدار التغير في طوله
إذا ارتفعت درجة حرارته إلى 978 oC ؟
الحل :
تم بحمد الله
نستقبل أسئلتكم
واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات
" نرد على جميع
التعليقات "
بالتوفيق للجميع ...^_^
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق