Halbleiterphysik: Probe-Klassenarbeit – Physik Klasse 9

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AFB I

Wissen und Reproduzieren

6 Punkte

Kennwerte des Siliziums

AFB I 3 Punkte

Diese Zahlen gehören zum Grundwissen des Kapitels. Gib sie in der geforderten Einheit an.

a) Wie groß ist die Bandlücke von Silizium? 1 P

E_g = eV

b) Ab welcher Spannung leitet eine Siliziumdiode in Durchlassrichtung merklich? 1 P

U_S = V

c) Ein NTC hat bei 25 °C einen Widerstand von 10 kΩ. Gib diesen Wert in Ohm an. 1 P

R = Ω

Lösung anzeigen (nach Auswerten freigeschaltet)

a) E_g = 1,1 eV (1 P). b) Schleusenspannung U_S = 0,7 V (1 P). c) 10 kΩ = 10 000 Ω (1 P).

Dotierte Halbleiter

AFB I 3 Punkte

Reines Silizium wird mit Fremdatomen versetzt.

Welche Aussagen über dotierte Halbleiter sind richtig? (mehrere Antworten richtig) 3 P

Lösung anzeigen (nach Auswerten freigeschaltet)

Richtig sind die ersten beiden Aussagen. Zu jedem zusätzlichen Ladungsträger gehört ein ortsfester Atomrumpf mit entgegengesetzter Ladung — der Kristall bleibt neutral. Die Bandlücke bleibt erhalten; Dotierung setzt nur zusätzliche Niveaus hinein.

AFB II

Zusammenhänge herstellen

6 Punkte

Vorwiderstand einer LED

AFB II 3 Punkte

Eine rote LED (Flussspannung 1,8 V, Betriebsstrom 20 mA) soll an einer Quelle mit 5,0 V betrieben werden. LED und Vorwiderstand liegen in Reihe.

a) Welche Spannung fällt am Vorwiderstand ab? 1 P

U_R = V

b) Wie groß muss der Vorwiderstand sein? 1 P

R_V = Ω

c) Welche Leistung wird im Vorwiderstand umgesetzt? 1 P

P = mW

Lösung anzeigen (nach Auswerten freigeschaltet)

a) U_R = 5,0 V − 1,8 V = 3,2 V (1 P). b) 20 mA = 0,02 A; R_V = 3,2 V : 0,02 A = 160 Ω (1 P). c) P = U_R · I = 3,2 V · 0,02 A = 0,064 W = 64 mW (1 P).

Dämmerungsschaltung

AFB II 3 Punkte

Ein LDR liegt mit einem Festwiderstand in Reihe an einer Quelle mit 9,0 V. Es wird Abend.

Welche Aussagen zu dieser Schaltung sind richtig? (mehrere Antworten richtig) 3 P

Lösung anzeigen (nach Auswerten freigeschaltet)

Richtig sind die ersten beiden Aussagen. Im Dunkeln fehlen die vom Licht erzeugten Ladungsträger, der Widerstand steigt bis in den Megaohm-Bereich. Im Spannungsteiler fällt am größeren Widerstand der größere Anteil ab; die Summe der Teilspannungen bleibt immer 9,0 V.

AFB III

Verallgemeinern und beurteilen

6 Punkte

Solarmodul auf dem Hausdach

AFB III 3 Punkte

Ein Modul besteht aus 60 Siliziumzellen in Reihe (je 0,50 V), hat eine Fläche von 2,0 m² und einen Wirkungsgrad von 20 %. Die Bestrahlungsstärke beträgt 1000 W/m².

a) Welche Spannung liefert das Modul? 1 P

U = V

b) Welche Leistung gibt das Modul ab? 1 P

P = W

c) Welche Energie liefert es in 5,0 Stunden? 1 P

W = kWh

Lösung anzeigen (nach Auswerten freigeschaltet)

a) U = 60 · 0,50 V = 30 V (1 P). b) P = 1000 W/m² · 2,0 m² · 0,20 = 400 W (1 P). c) W = P · t = 400 W · 5,0 h = 2000 Wh = 2,0 kWh (1 P).

LED und Photovoltaik beurteilen

AFB III 3 Punkte

Eine Familie will auf LED-Lampen umsteigen und eine Photovoltaik-Anlage installieren.

Welche Aussagen sind physikalisch haltbar? (mehrere Antworten richtig) 3 P

Lösung anzeigen (nach Auswerten freigeschaltet)

Richtig sind die Aussagen 2 und 3. Eine Siliziumzelle liefert 0,5 bis 0,6 V; höhere Spannungen entstehen nur durch Reihenschaltung, und mehr Licht erhöht vor allem den Strom. Ohne Vorwiderstand steigt der LED-Strom oberhalb der Flussspannung sofort ins Zerstörerische.

Ergebnis

Erreicht

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Prozent

0 %

Note

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Aufgabe	Thema	Punkte

Notenschema

Punkte	Note	Beurteilung
17 – 18 P	1	sehr gut
15 – 16 P	2	gut
11 – 14 P	3	befriedigend
8 – 10 P	4	ausreichend
5 – 7 P	5	mangelhaft
0 – 4 P	6	ungenügend