حل أسئلة التقويم السادس ( إلكترونات الحالة الصلبة ) - العلم نور

عاجل

الثلاثاء، 4 يونيو 2019

حل أسئلة التقويم السادس ( إلكترونات الحالة الصلبة )


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 :

اقرأ الموضوع التالي مستوى طاقة فيرمي : انقر هنا 

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