Технические устройства и их практическое применение: газоразрядные лампы, электроннолучевая трубка, полупроводниковые приборы: диод, транзистор, фотодиод, светодиод, гальваника, рафинирование меди, выплавка алюминия, электронная микроскопия

Прочитайте текст об устройстве и принципе работы газоразрядной лампы и выполните задание. Газоразрядные лампы работают за счет прохождения электрического разряда через ионизированный газ, находящийся внутри стеклянной колбы. Этот процесс приводит к излучению света. Колба — стеклянная оболочка, которая удерживает газ под низким давлением. Цоколь обеспечивает подключение лампы к источнику электропитания. Внутри колбы находится ионизированный газ, такой как аргон, неон, криптон, ксенон или смеси этих газов. Электроды расположены на противоположных концах колбы и служат для подачи электрического разряда. Принцип работы газоразрядной лампы заключается в следующем: когда через газ между электродами проходит электрический импульс, он ионизирует газ, создавая плазму. Плазма является источником света, излучаемого лампой. Цвет света зависит от типа газа, используемого в лампе. Например, лампы с неоном излучают красный свет, а лампы с парами ртути — синий. Газоразрядные лампы имеют долгий срок службы, высокую эффективность и могут быть использованы для освещения больших площадей. Однако они требуют специального пускового устройства для зажигания и могут иметь мерцание при работе на определенных частотах. Выберете из предложенного списка основные элементы строения газоразрядной лампы и правильно расставьте их на рисунке.

Прочитайте текст об устройстве и принципе работы гальванической ванны и выполните задание. Гальваника — это процесс нанесения тонкого слоя металла на поверхность другого материала с целью защиты от коррозии, улучшения внешнего вида или изменения электрических свойств. Принцип работы гальваники основан на явлении электролиза, при котором положительно заряженные ионы металла (катионы) из раствора электролита под действием электрического тока осаждаются на отрицательно заряженной поверхности (катоде), образуя равномерное покрытие. Устройство гальванической ванны включает в себя следующие основные компоненты. Электролит — раствор, содержащий ионы металла, который будет осаждаться на поверхности. Катод — обрабатываемая деталь, на которую наносится покрытие. Анод — пластина из металла, который будет осаждаться на катод. Источник питания — устройство, обеспечивающее подачу электрического тока на электроды. Процесс гальваники начинается с подготовки поверхности катода, которая включает очистку от загрязнений и оксидных пленок. Затем катод и анод погружаются в электролит, и включается источник питания. Под действием электрического тока катионы металла начинают двигаться к катоду и осаждаются на его поверхности, образуя равномерное покрытие. Толщина и качество покрытия зависят от многих факторов, включая состав электролита, плотность тока, температуру и время обработки. Гальваника широко применяется в промышленности для защиты металлических изделий от коррозии, повышения их износостойкости и улучшения внешнего вида. Выберете из предложенного списка основные элементы строения гальванической ванны и правильно расставьте их на рисунке.

Прочитайте текст об устройстве и принципе работы электронного микроскопа и выполните задание. Электронная микроскопия — это метод исследования образцов с помощью электронного пучка, позволяющий получать изображения с высоким разрешением. Принцип работы электронной микроскопии основан на взаимодействии электронов с веществом, что приводит к формированию изображения на экране или детекторе. Устройство электронного микроскопа. Электронный микроскоп состоит из нескольких ключевых компонентов. Электронная пушка генерирует поток электронов, который направляется на образец. Конденсорные линзы фокусируют электронный пучок на образце. Объективные линзы создают первое увеличенное изображение образца. Проекционные линзы увеличивают изображение, полученное объективными линзами, и проецируют его на экран или детектор. Детектор регистрирует изображение, полученное проекционными линзами. В электронном микроскопе используется пучок электронов, который проходит через образец и взаимодействует с ним. В зависимости от взаимодействия электронов с атомами образца, формируется изображение, которое затем увеличивается и проецируется на экран или детектор. Существует два основных типа электронных микроскопов: просвечивающие электронные микроскопы (TEM) и сканирующие электронные микроскопы (SEM). В TEM электронный пучок проходит через тонкий образец, создавая изображение внутренних структур. В SEM электронный пучок сканирует поверхность образца, формируя изображение его рельефа. Электронная микроскопия находит широкое применение в науке и технике, позволяя исследовать структуру материалов на атомном и молекулярном уровне. Выберете из предложенного списка основные элементы строения электронного микроскопа и правильно расставьте их на рисунке.

Прочитайте текст об устройстве и принципе работы полупроводникового светодиода и выполните задание. Полупроводниковый светодиод (LED) работает на основе явления электролюминесценции, когда электрический ток, проходя через полупроводниковый материал, вызывает излучение света. Устройство светодиода включает в себя полупроводниковый кристалл, обычно изготовленный из группы элементов III и V периодической таблицы, например, из GaAs, GaP или InGaN. Этот кристалл содержит p- и n-типы слоев, образующих p-n-переход. Принцип работы светодиода заключается в следующем: когда к светодиоду подается напряжение в прямом направлении (анод светодиода соединен с положительным напряжением, а катод - с отрицательным), происходит процесс диффузии и рекомбинации носителей заряда поблизости p-n-перехода. При этом, электроны из n-слоя переходят на p-слои, а дырки движутся в противоположном направлении. Во время процесса рекомбинации, энергия электронов освобождается в виде света. Излучаемая длина волны света зависит от ширины запрещенной зоны полупроводника. Для различных материалов используются разные примеси, что позволяет получать светодиоды с разными цветами излучения — от инфракрасного до ультрафиолетового. Например, добавление малого количества индия в GaAs может создать красный светодиод, тогда как добавление галлия и малых количеств фосфора позволяет получить зеленый светодиод. Светодиоды широко используются в различных областях благодаря своей высокой эффективности преобразования энергии в свет, долгому сроку службы, высокому уровню яркости и широкому цветовому спектру. Выберете из предложенного списка основные элементы строения полупроводникового светодиода и правильно расставьте их на рисунке.

Прочитайте текст об устройстве и принципе работы электроннолучевой трубки и выполните задание. Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) преобразовывают электрическую энергию в излучение электромагнитных волн. Они состоят из нескольких ключевых компонентов. Электронная пушка — источник электронов, создающий поток электронов. Фокусирующая система — набор электромагнитных катушек, которые фокусируют электронный луч на экране. Экран покрыт фосфором, который светится при попадании на него электронов. Управляющие схемы регулируют интенсивность электронного луча и его перемещение по экрану. Электронная пушка нагревает катод, что заставляет электроны испускаться. Анод ускоряет эти электроны до скоростей, близких к световым. Фокусирующая система направляет электронный луч на определенные точки на экране. Когда электроны сталкиваются с фосфором на экране, он излучает свет, формируя изображение. Электронно-лучевые трубки используются в различных устройствах, включая компьютерные мониторы, телевизоры, осциллографы и другие измерительные приборы. Выберете из предложенного списка основные элементы строения электроннолучевой трубки и правильно расставьте их на рисунке.

Прочитайте текст о принципе выплавки алюминия и вставьте в места пропуска слова из предложенного списка. Выплавка алюминия — это сложный технологический процесс, который включает несколько этапов и требует использования специализированного оборудования. Основные этапы выплавки алюминия. Добыча бокситов — содержащей алюминий руды. Переработка бокситов в глинозем — оксид алюминия. Получение чистого алюминия с использованием процесса электролиза. Процесс электролиза является ключевым этапом в производстве алюминия. Он происходит в электролизной ванне, которая представляет собой прямоугольный корпус, заполненный расплавленным криолитом. Криолит — это фтористый минерал, который служит электролитической средой при температуре около 950 °C. Внутри ванны расположены угольные блоки, выполняющие роль , и металлический на дне ванны. Через ванну пропускают постоянный электрический ток силой до 400 кА. Под действием электрического тока происходит разложение оксида алюминия на составные части, и алюминий осаждается на . После завершения процесса электролиза алюминий извлекается из ванны с помощью вакуумных ковшей. Затем он подвергается дополнительной обработке для удаления примесей и придания ему нужной формы.

Прочитайте текст об устройстве и принципе работы полупроводникового диода и выполните задание. Полупроводниковые диоды работают на основе явления, называемого “диодным эффектом”. Они состоят из двух различных типов полупроводников, обычно кремния или германия, соединенных вместе. Один из полупроводников называется “p-типом”, а другой — “n-типом”. В p-типе полупроводнике содержатся примеси, называемые акцепторами, которые создают “дырки” — несвязанные электроны, способные перемещаться внутри материала. В n-типе полупроводнике содержатся примеси, называемые донорами, которые создают избыток свободных электронов. Когда p-тип и n-тип полупроводники соединяются, образуется p-n переход. Свободные электроны из n-типа диффундируют в p-тип, а дырки из p-типа диффундируют в n-тип. Это создает область, называемую “исключительной зоной”, где нет свободных электронов или дырок. При подаче напряжения в прямом направлении (положительный полюс к p-типу и отрицательный полюс к n-типу), свободные электроны из n-типа и дырки из p-типа перемещаются к переходу и рекомбинируют друг с другом. Это создает электрический ток, который может проходить через диод. При подаче напряжения в обратном направлении (положительный полюс к n-типу и отрицательный полюс к p-типу), электроны из p-типа и дырки из n-типа отталкиваются друг от друга и не могут перемещаться через переход. Это создает высокое сопротивление и практически отсутствие электрического тока. Полупроводниковые диоды имеют широкий спектр применений, включая светодиоды (LED), выпрямители, смесители, детекторы и усилители в электронике высоких частот, а также солнечные батареи. Выберете из предложенного списка основные элементы строения полупроводникового диода и правильно расставьте их на рисунке.

Прочитайте текст об устройстве и принципе работы полупроводникового фотодиода и выполните задание. Полупроводниковый фотодиод — это устройство, которое преобразует свет в электрический ток. Он состоит из полупроводникового материала, обычно кремния или германия, с p-n переходом. Принцип работы фотодиода основан на внутреннем фотоэффекте. Когда свет попадает на p-n переход, он поглощается, и энергия света вызывает генерацию электронно-дырочных пар. Электроны и дырки разделяются электрическим полем перехода, что приводит к возникновению фототока. Устройство фотодиода включает в себя следующие основные компоненты. Полупроводниковый материал — обычно это кремний или германий с добавлением примесей для создания p-n перехода. P-n переход — область, где происходит разделение электронов и дырок под действием электрического поля. Контакты — электрические контакты для подключения фотодиода к внешней цепи. Фотодиоды могут работать в двух режимах. Режим фотогенератора (или фотогальванический режим), в этом режиме фотодиод преобразует свет непосредственно в электричество без внешнего источника питания. Режим фотодетектора, в этом режиме фотодиод используется как датчик света, и для его работы требуется внешний источник питания. Фотодиоды находят широкое применение в различных областях, включая оптоэлектронику, системы безопасности, датчики света и многие другие. Выберете из предложенного списка основные элементы строения полупроводникового фотодиода и правильно расставьте их на рисунке.

Прочитайте текст об устройстве и принципе работы полупроводникового транзистора и выполните задание. Полупроводниковый транзистор — это электронный компонент, который используется для управления током. Он состоит из трех областей полупроводникового материала: базы, эмиттера и коллектора. База — это тонкий слой полупроводника, который управляет током между эмиттером и коллектором. Эмиттер — это область, из которой электроны инжектируются в базу. Коллектор — это область, в которую собираются электроны, прошедшие через базу. Принцип работы полупроводникового транзистора основан на управлении током между эмиттером и коллектором с помощью тока базы. Когда на базу подается положительный сигнал, она становится более проводящей, что позволяет большему количеству электронов переходить из эмиттера в базу. Эти электроны затем проходят через базу к коллектору, создавая ток коллектора. Существует два основных типа полупроводниковых транзисторов: биполярные и полевые транзисторы. Биполярные транзисторы управляются током, протекающим через базу, в то время как полевые транзисторы управляются напряжением на затворе. Полупроводниковые транзисторы широко используются в электронике для усиления сигналов, генерации колебаний, переключения и других функций. Они являются ключевыми компонентами в большинстве электронных устройств, таких как компьютеры, смартфоны, телевизоры и многие другие. Выберете из предложенного списка основные элементы строения полупроводникового транзистора и правильно расставьте их на рисунке.

Прочитайте текст о принципе рафинирования меди и вставьте в места пропуска слова из предложенного списка. Рафинирование меди — это процесс очистки меди от примесей, таких как железо, никель, цинк и другие, для получения чистого металла. Этот процесс включает в себя два основных этапа: пирометаллургическое рафинирование и электролитическое рафинирование. Пирометаллургическое рафинирование заключается в обработке черновой меди, содержащей до 4% примесей, в печах при высоких температурах. В результате этого процесса удаляются все примеси, кроме включений серебра, золота, селена и теллура. Чистота меди после этого этапа может достигать 99,6%. Электролитическое рафинирование использует явление электролиза для дальнейшей очистки меди от оставшихся примесей. Этот процесс происходит в , заполненных смесью сернокислой меди (CuSO4) и подкисленной серной кислоты (H2SO4). служат медные пластины, прошедшие пирометаллургическое рафинирование, а — чистые медные пластины. При пропускании электрического тока через происходит электролиз, в результате которого все примеси остаются в растворе электролита, а на оседает чистая медь. После завершения процесса представляет собой готовый слиток меди, который можно использовать для дальнейшего производства или переплавки. Часть примесей, удаленных из меди, оседает на дне ванны в виде шлама, который может быть подвергнут дальнейшей переработке для извлечения ценных металлов. Для электролитического рафинирования используются гальванические ванны объемом от 4 до 12 м³. Ванна оборудована анодами и катодами, а также системой подачи и отвода электролита. Процесс происходит при контролируемых условиях температуры, плотности тока и времени обработки.