Fizyka półprzewodników – tranzystory, komputery, lasery…

Wykład dla uczniów liceów ogólnokształcących i szkół ponadgimnazjalnych wygłoszony w dniu 29 listopada 2008 na Wydziale Fizyki UW.

Prowadzenie: dr Jacek Szczytko;
Asysta: mgr Andrzej Gołębiewski, mgr Marcin Paweł Sadowski

Streszczenie

W połowie XX wieku ludzie nauczyli się wytwarzać sztuczne kryształy. Na przykład potrafili je zaprojektować tak, aby przewodziły prąd elektryczny w jedną tylko stronę. Z kolei inne, gdy się na nie poświeciło, potrafiły produkować prąd. Jeszcze inne po przyłożeniu napięcia świeciły, a nawet można było uzyskać z nich światło laserowe. Dzisiaj umiemy wyprodukować kryształy, które potrafimy zaprząc do liczenia. Te kryształy to półprzewodniki.

1. Metal, półprzewodnik, izolator.

2. Jak działa dioda i dlaczego świeci?

3. Jak działa procesor?
Odrobina logiki.
Od bramki do bramki.
sumator:
0 + 0 = 00
1 + 0 = 01
0 + 1 = 01
1 + 1 = 10
Po co nam tranzystory?
Dokąd to wszystko zmierza?

4. Nanotechnologia.

Tajny język naukowców

Dla wszystkich narzekających na trudności w zrozumieniu języka, jakim pisane są artykuły naukowe, poniżej znajdują się rozszyfrowania najczęściej używanych wyrażeń.

Od dawna wiadomo, że…
nie chciało mi się szukać pracy źródłowej

… można dostrzec wyraźną tendencję…
trudno wyciągnąć sensowne wnioski

… o wielkim znaczeniu teoretycznym i praktycznym
mnie się to wydaje dość ciekawe

Znalezienie ostatecznej odpowiedzi na te pytania nie było na razie możliwe
eksperyment się nie udał, ale i tak spróbuję opublikować wyniki

Trzy spośród zestawów danych wybrano do szczegółowej analizy
pozostałych 20 zestawów nie nadawało się do niczego

Przedstawione są typowe wyniki
są to najlepsze wyniki

Oczywiście
nie sprawdzałem tego, ale…

Najdokładniejsze wyniki otrzymał mgr Kikut
mgr Kikut to mój asystent

Uznaje się, że…
uważam, że…

Powszechnie uznaje się, że…
oprócz mnie jeszcze kilku facetów tak uważa

Jest jasne, że wiele pracy należy włożyć, zanim pełna odpowiedź stanie się możliwa
nic z tego nie rozumiem

… dane są poprawne z dokładnością do rzędu wielkości…
dane są bardzo niedokładne

Oczekuje się, że niniejszy artykuł pobudzi zainteresowanie tą dziedziną
ten artykuł jest marny, ale inne w omawianej dziedzinie są równie słabe

Wybrano stop bizmutu z ołowiem, ponieważ właśnie dla tego materiału oczekiwany efekt powinien zaistnieć najwyraźniej
innego stopu nie mieliśmy

… został przypadkowo lekko uszkodzony w czasie badań
spadło nam na podłogę

… obchodziliśmy się z nadzwyczajną ostrożnością
nie spadło nam na podłogę

Urządzenie automatyczne
ma wyłącznik

Urządzenie półportatywne
wyposażone w korbkę

Portatywne
wyposażone w dwie korbki

Typowe wyniki zostały przedstawione na stronie…
przedstawiono najlepsze wyniki

Staranna analiza posiadanych wyników…
Trzy strony notatek zamazały się, gdy potraciłem szklankę z piwem

… bardzo ważne pole odkrywczych badań
bezużyteczny i głupi temat zasugerowany przez zwierzchników

Składam podziękowania mgr. Łabądkowi za pomoc w pracy doświadczalnej, a dr. Pikucie za cenne dyskusje
Łabądek odwalił czarną robotę, a Pikuta wyjaśnił mi, co oznaczają wyniki

Można by podać w wątpliwość, czy…
tę wątpliwość sam wymyśliłem, bo mam na to świetną odpowiedź


Leon Elektron nie był pewien, gdzie znalazł się na skutek nieoczekiwanego zderzenia z fotonem, ale wszystko wskazywało na to, że była to jakaś bardzo zdegenerowana orbita.

Pecha-Kucha i ADHD

Przeczytałem dzisiaj na stronie AntyWeb o metodzie przeprowadzania prezentacji zwanej formułą Pecha-Kucha. Polega ona na tym, że (każda) prezentacja powinna składać się z 20 slajdów, a każdy slajd powinien być prezentowany przez 20 sekund. Ogranicza to czas prezentacji do 400 sekund… Przecież to jakiś absurd! Dlaczego akurat 20 slajdów, dlaczego akurat 20 sekund? Przecież równie dobre były liczy 25, 30, 50 lub cokolwiek innego. Owszem, są prezentacje, które po zastosowaniu tej formuły wyglądają dobrze, lub wręcz bardzo dobrze, ale są też takie prezentacje (i wcale nie jest ich tak mało), których w 400 sekund nie da się powiedzieć praktycznie nic. Weźmy chociażby prezentację na seminarium naukowym – nie wyobrażam sobie, aby w niespełna 7 minut podać wszystkie wyniki badań, przeanalizować je i wyciągnąć wnioski. To co jest ważne (najważniejsze) to to, aby trzymać się przydzielonego przez organizatorów czasu i aby nie przeciągać zanadto swojej wypowiedzi. (Piszę o tym w swojej książce Doskonała prezentacja. Sztuka skutecznego przekazu.)

Ale tak właściwie nie tylko o tym chciałem tutaj powiedzieć. Formuła Pecha-Kucha jest jedną z wielu, obecnie stosowanych metod „pokaż wszystko, w urywkach i byle jak”. Wymusza ona na prelegencie szybkie omawianie kolejnych slajdów, bez szczegółowego wchodzenia w temat, bez zwracania uwagi na słuchaczy (a obserwacja reakcji słuchaczy jest jedną z ważniejszych cech dobrej prezentacji)… A przecież można byłoby, bez zbędnego lania wody i niepotrzebnych dygresji, porządnie wszystko omówić, tak aby każdy zrozumiał i jak najwięcej zapamiętał. Tylko trzeba się do swojej prezentacji i swojego przemówienia przyłożyć. Nie wszystko da się włożyć w szablon (szablon Pecha-Kucha lub inny).

Innym przykładem metody „pokaż wszystko, w urywkach i byle jak” są telewizyjne serwisy informacyjne. Często pokazują one krótkie newsy, pospiesznie przygotowane przez reporterów (tak aby zdążyć przed innymi stacjami), bez sprawdzenia przekazywanych informacji. Potem okazuje się, że to co mówił dziennikarz było właściwie nieprawdą, źle coś usłyszał, niewyraźnie zanotował. Ale podał to na antenie… A czy nie można byłoby poczekać jeszcze kwadransa z wyemitowaniem tych informacji, czy nie można byłoby tego jeszcze sprawdzić, dopytać się o szczegóły tak, aby powiedzieć raz, a porządnie?

Zauważyłem, że niektóre programy edukacyjne lub popularnonaukowe też przygotowywane są metodą „pokaż wszystko, w urywkach i byle jak”: Po co na przykład precyzyjnie omawiać jakieś zjawisko fizyczne, po co szczegółowo opisywać zachowania zwierząt, po co dokładnie przedstawić historię jakiegoś wydarzenia. Przecież można zrobić to szybko, po łebkach. Rzuci się przy tym kilkoma co prawda widowiskowymi, ale oklepanymi faktami, kilkoma zdjęciami z kupnych bibliotek fotografii, kilkoma odgrzebanymi urywkami filmów, i dalej… Następne zwoje taśmy filmowej lądują na półce w magazynie, a w tych zwojach żadnej, wartościowej wiedzy nie ma.

O wideoklipach już nawet nie wspomnę: migające obrazki na ekranie telewizora, tyle o ile zsynchronizowane z muzyką.

To chyba cecha współczesnego świata? Na niczym nie można skupić swojej uwagi, bo zanim się człowiek na to napatrzy, to trzydzieści innych zdjęć się mu przed oczami pojawi. Ledwo zobaczył jedno, a już mu to ucieka i wpycha się kolejne, i kolejne, i kolejne… I tylko głowa lata góra-dół, prawo-lewo, przód-tył… Zatrzymać się nie można, bo nie ma na czym, bo już wylewają się nowe informacje, bo gada w telewizorze kolejna głowa…

A jak się na to wszystko napatrzą dzieci, jak przesiąknie je ten brak uporządkowania, ta niemożność zwolnienia tempa, niemożność skupienie się, to okazuje się, że co drugie z nich ma ADHD. I pojawiają się problemy: w domu, w szkole, w rodzinie. Rodzice nie wiedzą co z tym zrobić, nauczyciele kiepsko sobie z tym radzą… A wystarczyłoby zatrzymać się od czasu do czasu, przystanąć, odetchnąć, popatrzeć, podumać… uspokoić swój umysł.

Zjawiska optyczne w przyrodzie i życiu codziennym

Wykład dla uczniów liceów ogólnokształcących i szkół ponadgimnazjalnych wygłoszony w dniu 15 listopada 2008 na Wydziale Fizyki UW.

Prowadzenie: prof. Tadeusz Stacewicz;
Asysta: mgr Andrzej Gołębiewski, mgr Marcin Paweł Sadowski

Streszczenie

Światło należy do zjawisk fizycznych wyraziściej przez nas odczuwanych. Przeszło 80% informacji nasz organizm odbiera za pośrednictwem wzroku. Dlatego jesteśmy wyczuleni na zjawiska zachodzące z udziałem światła.

Światło docierając do nas oddziałuje z otaczającą nas materią, w tym także z atmosferą. Podlega wtedy różnym zjawiskom, niekiedy zwykłym, niekiedy zaskakującym nas swą niecodziennością i pięknem. Podczas wykładu zjawiska te zostaną przypomniane i zilustrowane pokazami.

Rozpraszanie światła na różnych obiektach powoduje, że obiekty te widzimy. Własności powierzchni rozpraszających decydują o barwach przedmiotów. Rozpraszanie światła sprawia, że niebo jest niebieskie, chmury białe, a kolor słońca o wschodzie lub zachodzie (ale także przy przenikaniu przez obłok pyłów) – czerwony. Odbicie światła może zachodzić od wypolerowanej powierzchni metalu (czego doświadczamy, zerkając codziennie w lustro), ale także od powierzchni szyby lub wody. Przy czym – w tym ostatnim przypadku – światło może odbijać się inaczej, gdy pada na powierzchnię wody z powietrza (widzieliśmy to nieraz, spacerując nad jeziorem), a inaczej, gdy promienie światła biegną przeciwnie, szczególnie gdy zajdzie całkowite wewnętrzne odbicie (co możemy obserwować otwierając oczy pod wodą w basenie). Własności tych trzech rodzajów odbić są rożne. Gdy światło wnika do wody z powietrza ulega także załamaniu – świadczy o tym „pogięty” widok łyżeczki w szklance z herbatą. Dzięki temu, że kąt załamania przy przechodzeniu światła przez granicę dwóch ośrodków jest różny dla różnych długości fali zachodzi rozszczepienie, dające efekty barwne, jak chociażby tęczę. Ale rozszczepienie światła następuje także np. po odbiciu od płyty CD lub DVD – za te efekty barwne odpowiedzialna jest dyfrakcja i interferencja. Przy czym zjawiska te ujawniają się szczególnie wyraziście, gdy obserwujemy je wykorzystując promieniowanie laserów – źródeł światła coraz powszechniej spotykanych w życiu codziennym.

Quo vadis, reklamo?

Właśnie natrafiłem w telewizji kilkugodzinny blok reklamowy, co jakiś czas przerywany tylko serwisem informacyjnym. I jakie to nowości były promowane w tych reklamach?

Najpierw gruba pani i chuda pani reklamowały nóż. Ale to nie był zwykły nóż! Jak wielokrotnie powtarzały prezenterki „ten nóż kroi”. O mój Boże! To jakaś rewelacja: nóż, który kroi. Nie aż tak ważne było, że ma on ergonomiczną rączkę, która dobrze leży w dłoni, nie to że jest wytrzymały i że się nie stępi łatwo, nie to że jest elastyczny i nierdzewny, ale to że w ogóle kroi.

No dobrze – pomyślałem – może to tylko jedna taka reklama, i nie przełączając kanału słuchałem dalej co jakiś czas zerkając. Po chwili rozpoczęła się inna reklama – tym razem odkurzacza. I tu, ku mojemu zdziwieniu reklamowano, że ten odkurzacz „wciąga paprochy”! Patrzcie, patrzcie, ale nowość: odkurzacz, który wciąga paprochy. Kto by pomyślał? Nie ważne były jego małe rozmiary, duża moc, czy poręczność, ale to, że wciąga śmieci.

Dalej było jeszcze gorzej. W trzeciej reklamie oferowana była „mata ozonowa”. Chyba dla idiotów i nieuków, którzy olewali szkołę. Bo wystarczyło chwilę popatrzeć, i to nawet nie posiadając doktoratu z inżynierii, że ta cała mata ozonowa, to jest zwykła pompka tłocząca zwykłe, pokojowe powietrze do rurek umieszczanych na dnie wanny. Zwykłe powietrze, a nie żaden ozon!

Czwarta reklama przedstawiała „pojemniki do próżniowego przechowywania żywności”. „Próżniowego”? Oni wstydziliby się używać tego słowa. „Próżnia”? Prawdziwej próżni nie ma nawet w kosmosie, a do wytworzenia jakiejkolwiek, sensownej jakości próżni potrzeba wielu, specjalistycznych urządzeń: pomp próżni wstępnej, pomp próżni właściwej, specjalnych uszczelnień itd. (znam się trochę na tym, bo miałem z tego przeszkolenie w czasie studiów). Ale znowu – nie trzeba być ekspertem aby obalić „próżniowość” tych pojemników. Wystarczy przypomnieć sobie podstawowe wiadomości z lekcji fizyki ze szkoły: woda wrze w 100°C w ciśnieniu normalnym, na Kasprowym Wierchu – w 95°C, w Andach – w 80°C, a na Mount Evereście – w tylko 75°C! Więc gdyby w naczyniu robić próżnię lub nawet silne podciśnienie, to woda w przechowywanych produktach wygotowałaby się już w temperaturze pokojowej – w 25°C! A potem wszystko by zamarzło, bo gotująca się woda pobierałaby z produktów energię i je ochładzała.

Ostatnia reklama była reklamą kremu produkcji południowoamerykańskiej, mającego fenomenalne właściwości redukcji zmarszczek i wszelkiego rodzaju problemów skórnych. Krem ten produkowany jest… ze śluzu ślimaka. Prezenterzy rewelacyjne właściwości produktu argumentują tym, że ślimaki mają zdolność odbudowywania swojego ciała po częściowej jego utracie. I te zdolności – chociażby po części – mają niby przejść na człowieka jak wetrze w siebie pudełko ślimaczego śluzu. Czy to nie brzmi śmiesznie? To tak jakby wmawiać, że każdy kto naciera się potem Einstein’a będzie dorównywał mu inteligencją. Niby zwykły krem, a jaki piękny przykład durnoty i idiotyzmu. Że też się ktoś na to daje nabrać?

Podsumowując: Autorzy reklam biorą nas za kompletnych idiotów: „nóż, który kroi” – też mi nowość, za którą jeszcze życzą sobie niebotyczne sumy. Z drugiej strony wychodzi niedouczenie, i to jeszcze ze szkoły podstawowej i gimnazjum. Dlatego uczcie się, chociażby w początkowym etapie życia, myślmy trzeźwo i patrzcie na wszelkie reklamy z ogromnym dystansem.

Na co komu morał z bajki?

Bajka o trzech świnkach jest jedną z najbardziej znanych amerykańskich bajek. Jako jedna z najpopularniejszych wielokrotnie jest powtarzana w postaci najróżniejszych kreskówek. Pokrótce brzmi ona tak:

Żyły sobie trzy świnki – każda w osobnym domku. Pierwsza świnka zbudowała domek z gałązek, druga zbiła z desek, a trzecia postawiła z cegieł. Pewnego dnia przyszedł wilk do pierwszej świnki. „Wpuść mnie!” krzyknął „albo zdmuchnę Twój dom!” Na to świnka odpowiedziała, że nie. Wilk rozzłoszczony nabrał powietrze, dmuchnął i rozwiał domek z gałązek. Przerażona pierwsza świnka uciekła do drewnianego domku „Wpuść mnie” krzyknął wilk. „Nie” odpowiedziała druga świnka. Wilka nabrał powietrza, dmuchnął i… nic. Nabrał więcej powietrza, mocniej dmuchnął i… nic. Nabrał jeszcze więcej powietrza, jeszcze mocniej dmuchnął i zniszczył drewniany domek drugiej świnki. Przerażone świnki z gałązkowego i drewnianego domku uciekły do domku murowanego. Tu sytuacja z wilkiem powtórzyła, ale ten nadmuchał się, nachuchał, namęczył, ale domu murowanego nie powalił. Koniec.

Jak każda bajka, tak i ta ma morał. A jaki morał powinni wyciągnąć amerykanie z tej bajki (przecież to amerykańska bajka)? – Ano oczywisty, przynajmniej dla mnie: domy z cegły są lepsze niż domy drewniane. A po co ta bajka?

Przypomnijmy sobie tylko, że Ameryka jest kontynentem, szczególnie w swojej środkowej części, wyjątkowo często nawiedzanym przez tornada.

Czy już widzicie jakieś powiązania z przytoczoną bajką? Chyba dla wszystkich jest oczywiste, że tornado przedstawione jest pod postacią dmuchającego wilka. ergo (tłumacząc sens bajki) budujcie domu z cegieł, bo drewniane może zniszczyć tornado.

I co z tego wynika? Dla amerykanów chyba nic? Jak grochem o ścianę. Albo oni tak wolno wyślą, że zrozumieli dopiero połowę bajki? Dlaczego tak mówię? Ano dla tego, że wszystkie amerykańskie domy jednorodzinne (i to bez nadmiernego zaokrąglania) są robione z drewna – bo tak łatwiej i szybciej. A jak przejdzie tornado, to wielki płacz i lament, że nic z dorobki całego życia nie pozostało, że wszystko stracone.

A bajkę o trzech świnkach się już od przedszkola wałkuje – tylko po co?