Pozoruhodný křemík

V pondělí 13. 2. 2012 se v učebně S6 v budově SPŠST Panská v Malé Štupartské konal menší maratón přednášek doplněných experimenty na téma Pozoruhodný křemík. Po několikaletém domlouvání se na technických detailech se nakonec podařilo tuto akci uskutečnit. Přednášející doc. Zdeněk Bochníček se svým doktorandem Mgr. Tomášem Křivánkem přijeli z Brna v autě plně naloženém pomůckami pro svoje vystoupení.

Ačkoliv rekordní mrazy, které minulý týden vládly nejen nad Českou republikou, polevily, přesto oba přednášející vyrazili z Brna velmi brzy. V areálu školy v Panské ulici, kde auto zaparkovali, proto byli už v 10:45. Odtud jsme společně vyrazili do druhé budovy naší školy v Malé Štupartské, kde jejich vystoupení konalo. Oba pánové měli přibližně hodinku času na to, aby po několikahodinové cestě zrelaxovali a občerstvili se. Po skončení páté vyučovací hodiny si začali v učebně fyziky S6 připravovat svoje pomůcky na experimenty. Během několika minut byli kompletně připravení a čekali jsme už jen na příchod prvních žáků.

S vedením školy bylo již dříve domluveno, že akce bude organizována pro žáky třetích ročníků - zejména pro žáky tříd 09A, 09D, 09M a 09L, pro které budou vědomosti a experimenty zde prezentované vhodným doplňkem výuky. Křemík a jeho vlastnosti jsou velmi stěžejní jak pro žáky oboru digitální technika, tak pro žáky se zaměřením na obrazovou a zvukovou techniku. V obou těchto oborech se žáci s křemíkem a jeho aplikacemi každodenně setkávají (polovodiče a polovodičové součástky, práce s videokamerou, záznam obrazu pomocí CCD, …). Pro žáky technického lycea (třídy 09L a 09M) je tato přednáška velmi vhodným doplňkem výuky fyziky, v rámci které se polovodičům věnuje relativně dost času.

Se zazvoněním ohlašujícím začátek vyučovací hodiny přivítal organizátor celé akce Jaroslav Reichl první žáky - třídu 09A. Společně s nimi se akce zúčastnili zástupce ředitele školy Aleš Ryšavý, Jakub Šerých a Olga Pavlíčková, v dalších opakováních přednášky přišel Vojtěch Hála a Jiří Novotný. Po představení přednášejících se ujal slova Zdeněk Bochníček.

Úvodem vyslovil poděkování za pozvání právě do naší školy. S tímto představením jezdí na střední školy po celé republice, ale v hlavním městě jsou poprvé. A právě u nás! Jak vyplynulo během celého odpoledne stráveného v učebně S6, Zdeněk Bochníček se svým studentem netušili, pro jaké publikum budou přednášet. Jak se oba vyjádřili, ve srovnání s gymnázii, na která většinou jezdí, nyní přednášeli pro znalce, pro které je křemík a jeho aplikace skutečně důležitý.

Nejdříve Zdeněk Bochníček připomněl, proč je křemík tak podstatný a proč má smysl o něm mluvit. Ukázal to na datech, kterým žáci velmi dobře rozuměli: na vývoji pamětí a cen počítačů. Za posledních 25 let se výkon počítačů zvětšil cca 100000krát a cena klesla přibližně 100krát. To jsou dobré důvody pro to, abychom se o křemík zajímali!

Poté se věnoval způsobu získávání křemíku z přírody a jeho následné úpravě a čištění. Pro výrobu polovodičových součástek je nutné vyrobit vysoce čistý monokrystalický křemík, který se v přírodě nevyskytuje. Proto nezbývá než jej destilovat. Ano, destilovat. Zdeněk Bochníček použil přirovnání, že se křemík vyrábí stejně jako slivovice: destilací určité kapaliny. Jen je potřeba vyrobit „správnou“ kapalinu, která nemá teplotu varu 2600 stupňů Celsia, jako má křemík!

Pomocí názorných pomůcek, které věnovala přednášejícím firma z Rožnova pod Radhoštěm zabývající se výrobou křemíku a křemíkových součástek, Zdeněk Bochníček vysvětlil základní principy výroby čistého křemíku a problémy s touto výrobou spojené. Grafem závislosti absorpce křemíku na vlnové délce elektromagnetického záření plynule přešel od teoretické části k praktickým ukázkám. Vysvětlení všech provedených experimentů vyplývalo právě z uvedeného grafu a schopnosti křemíku pohlcovat různé druhy elektromagnetického záření v závislosti na vlnové délce. Nejvíce pohlcuje křemík v oblasti lidským okem viditelného světla a pro větší vlnové délky jeho absorpce klesá. Toho právě využívali oba přednášející při svých experimentech. Postupně předvedli experimenty:

viditelné světlo křemíkovou deskou neprochází, ale infračervené záření jí prochází;

videokamera (ale i digitální fotoaparát) dokáže infračervené záření zaznamenat;

natáčení starším typem videokamery v režimu tzv. nočního vidění - kamera si sama danou scénu osvětluje pomocí infračervených LED;

průchod infračerveného záření křemíkovou deskou na čip kamery - a to jak v normálním režimu, tak v režimu tzv. nočního vidění;

rozlišení klasické žárovky a kompaktní zářivky (tzv. úsporná žárovka) pomocí právě kamery se zapnutím nočním viděním.

Přednáška s experimenty trvala přesně 45 minut, po kterých se v učebně fyziky vyměnili žáci a oba přednášející začali znovu. Svojí přednášku v učebně S6 proslovili celkem 4krát. A nutno podotknout, že jsou skutečně velmi pečlivě připraveni: všechny čtyři přednášky byly identické, takže nikdo ze zúčastněných nebyl o nic ošizen.

Poděkování:

doc. Zdeněk Bochníček a Mgr. Tomáš Křivánek za skvělé představení;

vedení školy za pomoc při organizaci akce;

Spolek rodičů SPŠST Panská za finanční zajištění akce;

Tomáš Dvořáček, Václav Fait, Jaroslav Skala a Filip Šváb ze třídy 09L za technické zázemí.

Atmosféru z přednášky a některé experimenty zachycují fotografie.

Autor fotografií:

Jaroslav Reichl