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Wie eine Leuchtdiode Licht erzeugt

Rekombination, Bandlücke, Schleusenspannung — zehn Übungen rund um die Leuchtdiode im Detail und mit vielen Beispielen. Mit ausführlichem Lösungsweg zu jeder einzelnen Aufgabe.

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Übungsaufgaben

Alle Übungen fortlaufend nummeriert — zuerst die interaktiven Übungen zum Klicken, Ziehen und Knobeln, danach die Rechen- und Textaufgaben. Jede Übung gibt dir sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen dir die gestuften Tipps.

A1
Was in der LED wirklich passiert
AFB I

Sechs Aussagen über die Leuchtdiode. Markiere alle, die stimmen.

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Die LED erzeugt Licht direkt beim Rekombinieren — nicht über den Umweg Wärme. Farbe und Durchlassrichtung stecken im Kristall, nicht im Gehäuse.
A2
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I

Fünf Behauptungen rund um Licht, Farbe und Spannung der LED.

Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

Merke: Farbe, Bandlücke und Schleusenspannung gehören zusammen — und ohne Vorwiderstand geht gar nichts.
A3
Lückentext mit Wortbank
AFB I

Setze die Fachbegriffe an die richtige Stelle — ein Wort bleibt übrig.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Im pn-Übergang trifft ein freies auf ein . Bei dieser wird die Energie der frei — sie verlässt den Kristall als .

Die Sperrschicht ist nur der Ort des Geschehens, nicht der Vorgang selbst und auch keine Energiegröße.
A4
Leuchtdiode oder Glühlampe?
AFB I

Ordne jede Eigenschaft dem Bauteil zu, zu dem sie gehört.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Leuchtdiode
2Glühlampe
3gilt für beide
Entscheidend ist der Weg zum Licht: Die LED erzeugt es direkt, die Glühlampe über den Umweg Wärme.
A5
Blitzrechnung
AFB I

Eine rote LED (Schleusenspannung 1,9 V) soll mit 20 mA an einer Quelle mit 5,0 V leuchten. Wie groß muss der Vorwiderstand sein?

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
Am Widerstand liegen nur 5,0 V − 1,9 V = 3,1 V. Damit ist R = 3,1 V : 0,020 A = 155 Ω. Trick: 3,1 durch 0,02 ist dasselbe wie 310 durch 2.
A6
Von der Spannung zum Licht
AFB II

Bringe die fünf Schritte in die Reihenfolge, in der sie in der LED ablaufen.

Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Spannung in Durchlassrichtung anlegen
2Die Sperrschicht wird schmal
3Elektronen wandern ins p-Gebiet
4Ein Elektron rekombiniert mit einem Loch
5Das Photon verlässt den Kristall
Am häufigsten rutscht das Schmalerwerden der Sperrschicht nach hinten — dabei ist es die Voraussetzung dafür, dass überhaupt Ladungsträger hinüberkommen.
A7
Rechenkette
AFB II

Eine LED-Lampe mit 7 W ersetzt eine Glühlampe mit 60 W. Beide brennen 1000 Stunden im Jahr, eine Kilowattstunde kostet 0,30 €.

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. Energie der LED-Lampe pro Jahr kWh
  2. Energie der Gluehlampe pro Jahr kWh
  3. eingesparte Energie pro Jahr kWh
  4. eingesparte Stromkosten pro Jahr Euro
Eine einzige Lampe spart rund 16 € im Jahr — mehr als ihr Kaufpreis.
A8
Farbe, Bandlücke, Material
AFB II

Verbinde jede LED-Farbe mit der Angabe, die zu ihr gehört.

Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Merke dir die Reihenfolge rot – gelb – grün – blau: Die Bandlücke wächst dabei Schritt für Schritt.
A9
Fehlersuche im Schulheft
AFB II

Sechs Sätze aus einem Schulheft — drei davon sind falsch. Finde sie.

In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Der Rechenfehler in Zeile 6 ist der häufigste: Die Schleusenspannung der LED wird beim Vorwiderstand vergessen.
A10
Was passiert, wenn …
AFB III

Du veränderst etwas an einer LED-Schaltung mit Vorwiderstand. Schätze für jede Zeile ein, was passiert — ohne zu rechnen.

Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = viel kleiner, 2 = etwas kleiner, 3 = bleibt gleich, 4 = etwas größer, 5 = viel größer. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = viel kleiner5 = viel größer
Du tauschst die rote LED gegen eine baugleiche rote LED: die Schleusenspannung
Du entfernst den Vorwiderstand: die Stromstärke durch die LED
Du ersetzt den Vorwiderstand 150 Ω durch 220 Ω: die Stromstärke
Du polst die LED um: die Stromstärke
Du baust statt der roten eine blaue LED ein: die nötige Schleusenspannung
Die Schleusenspannung hängt nur am Material, die Stromstärke am Widerstand. Wer beides auseinanderhält, braucht hier nicht zu rechnen.