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Übungsaufgaben
Dreißig Übungen, fortlaufend nummeriert: Aufgaben zum Klicken, Ziehen und Knobeln wechseln sich mit Rechen- und Eingabeaufgaben ab. Jede Übung gibt dir sofort eine Rückmeldung, und zu jeder Aufgabe gibt es zwei gestufte Tipps.
A1
Trickaufgabe: Reines Silizium wird erwärmt
AFB IEin reiner Siliziumkristall wird von 20 °C auf 100 °C erwärmt. Zeichne für jede Größe den passenden Trendpfeil ein.
Setze in jede Zelle einen Pfeil: ↑ steigt, ↓ sinkt, → bleibt gleich. Ein Klick dreht den Pfeil weiter; mit der Tastatur Tab zur Zelle, dann ↑, ↓ oder →. Unter der Tabelle steht deine Wahl als Satz.
| Größe | 20 °C → 100 °C |
|---|---|
| Zahl der aufgebrochenen Bindungen | |
| Zahl der freien Elektronen | |
| Zahl der Löcher | |
| Gesamtladung des Kristalls | |
| Zahl der Siliziumatome | |
| elektrischer Widerstand |
Die Fallen sind die beiden waagerechten Pfeile: Elektron und Loch entstehen immer gemeinsam, ihre Ladungen gleichen sich aus — der Kristall bleibt neutral. Und Atome entstehen oder verschwinden beim Erwärmen nicht; es brechen nur mehr Bindungen auf.
Gehe der Reihe nach vor: Was bewirkt die Wärme direkt — und was folgt daraus?
Mehr aufgebrochene Bindungen bedeuten gleich viele zusätzliche Elektronen und Löcher; die Ladungen heben sich auf, die Atome bleiben dieselben.
A2
Rechenkette
AFB IIIn einem Modellausschnitt aus Silizium sind bei 20 °C genau 8 Bindungen aufgebrochen. Beim Erwärmen auf 60 °C verdreifacht sich diese Zahl. Ermittle die gesuchten Anzahlen Schritt für Schritt.
Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
- Freie Elektronen bei 20 °C Stück
- Ladungsträger insgesamt bei 20 °C Stück
- Aufgebrochene Bindungen bei 60 °C Stück
- Ladungsträger insgesamt bei 60 °C Stück
Jede aufgebrochene Bindung liefert zwei Ladungsträger. Deshalb steigt die Gesamtzahl im gleichen Verhältnis wie die Zahl der Bindungen — und der Widerstand sinkt entsprechend.
Jede aufgebrochene Bindung liefert ein freies Elektron und ein Loch.
8 Bindungen → 8 + 8 = 16 Ladungsträger; bei 60 °C 3 · 8 = 24 Bindungen.
A3
Stellen im Gittermodell
AFB IIm Gittermodell ist eine Bindung aufgebrochen. Lies aus dem Bild ab, wo sich die gesuchten Teile befinden, und klicke sie an.
Vier Fragen nacheinander — klicke jeweils die passende Stelle an (Tastatur: Tab und Enter).
Das Loch ist der rot gestrichelte, leere Platz in einer Bindung — dort fehlt ein Elektron. Das gelbe Elektron sitzt in keiner Bindung mehr und kann durch das Gitter wandern. Beide sind bei derselben Paarbildung entstanden.
Eine vollständige Bindung hat zwei blaue Elektronen; an einer Stelle fehlt eines.
Leerer, gestrichelter Kreis = Loch; gelber Punkt zwischen den Atomen = freies Elektron.