Pozoruhodný křemík 2016

V úterý 9. 2. 2016 přijel za žáky třetích ročníků SPŠST Panská z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně doc. Zdeněk Bochníček se svou přednáškou Pozoruhodný křemík, kterou u nás ve škole přednesl již ve čtyřech minulých letech. V učebně 11 se proto během tří vyučovacích hodin postupně vystřídali žáci tříd 13M. 13L a 13D, z učitelů se zúčastnila Ilona Horáčková a Jiří Janecký.

Po krátkém úvodu spojeném s popisem tohoto cyklu přednášek, přešel Zdeněk Bochníček k hlavnímu tématu své přednášky. Začal tím, že zdůraznil, proč je křemík tak výjimečný, že si zasluhuje pozornost nejen odborníků, ale i laiků:

Po tomto úvodu, ve kterém všechny přesvědčil, že má smysl se věnovat křemíku kvůli jeho pozoruhodným vlastnostem, pokračoval Zdeněk Bochníček ve své přednášce. V první části připomněl a popsal všechny části výroby křemíku z křemene, který lze najít v přírodě:

Všechny kroky svého výkladu doprovázel Zdeněk Bochníček názornými ukázkami jednotlivých mezifází výroby. Neopomenul z Brna přivést ani kelímek (o objemu asi tak deset litrů), ve kterém se během Czorchralského metody polykrystalický křemík taví.

„To je křemenná nádoba,“ ujišťuje Zdeněk a cinkne do nádoby prstem, „žádný umělohmotný květináč. A proč je z křemene? No jednak musí vydržet teplotu, při které se křemík taví, a dále nesmí být křemík nádobou výrazně ušpiněn. A křemík z křemene taveninu křemíku neušpiní, kyslík paradoxně zvýší kvalitu křemíku při pozdějším použití na výrobu počítačových čipů.“

S ukázkami (tyčka, hlava i špice) z monokrystalického křemíku pak doc. Bochníček popsal metodu, kterou v roce 1916 objevil náhodně polský chemik Jan Czochralski (1885 - 1953), když se spletl a pero, kterým psal, místo do kalamáře s inkoustem namočil do taveniny cínu. Jakmile byla tato část přednášky u konce, nechal Zdeněk Bochníček přivezené ukázky kolovat po třídě, aby si je mohli žáci prohlédnout zblízka.

„Všechny experimenty, které budou nyní následovat, vycházejí z tohoto grafu,“ zahájil druhou část přednášky Zdeněk Bochníček a promítl na tabuli graf závislosti koeficientu absorpce křemíku na vlnové délce elektromagnetického záření na křemík dopadající. „Jednoduše řečeno, tento graf vlastně zobrazuje, jak moc křemík pohlcuje záření dané vlnové délky,“ okomentoval Zdeněk a zdůraznil, že pro další experimenty bude podstatná absorpce křemíku ve viditelné oblasti spektra a v infračervené oblasti spektra.

První experiment byl triviální: křemíková deska tloušťky 0,5 mm nepropouští žádné viditelné záření. To ukázal Zdeněk Bochníček tak, že postavil tuto křemíkovou desku před rozsvícenou stolní lampu.

Druhý experiment už byl zajímavější a u žáků, kteří jej v hodinách fyziky neviděli, vyvolal úžas. Zdeněk promítl spojkou vlákno žárovky nejen na papírové stínítko, kde měl obraz vlákna výšku několika centimetrů, ale také na stěnu učebny, kde byl obraz vlákna skoro dva metry dlouhý.

„Když dám mezi spojku a svítící žárovku křemíkovou desku, obraz nevidíte, ale já cítím na ruce teplo,“ usmíval se Zdeněk s rukou mezi stínítkem a čočkou. „To znamená, že křemíková deska propouští infračervené záření.“ Přítomnost tohoto záření za křemíkovou deskou dokázal pomocí termocitlivé fólie, na kterou promítl obraz vlákna žárovky - a fólie v místě, kde vznikal obraz vlákna žárovky, změnila barvu.

Před dalšími experimenty popsal Zdeněk Bochníček jednoduchou několik let starou videokameru a vysvětlil, jak je docíleno toho, že zobrazuje skoro jako lidské oko.

„Ano, jen skoro jako oko, protože touto kamerou lze vidět něco navíc,“ upozorňuje Zdeněk a na dálkovém ovladači k dataprojektoru tiskne náhodně některá tlačítka a přitom ovladačem míří do objektivu kamery. Blikání, které je okem neviditelné, kamera zachytí. Stejně tak není okem vidět, zda svítí nebo nesvítí infračervené LED ve svítilně. V obraze zaznamenávaném kamerou a promítaném na stěnu učebny dataprojektorem jsou ale svítící LED jasně vidět.

Před posledním experimentem postaví Zdeněk Bochníček před objektiv kamery křemíkovou desku, s níž prováděl již experiment se spojkou, a před ní postaví hořící svíčku. Na stěně se objeví jasně zřetelný obraz plamene svíčky.

„Ale to ještě není ono,“ usmívá se Zdeněk. „Tato kamera má režim nočního vidění. To znamená, že lze vysunout filtr, který pohlcuje přebytečné infračervené záření, aby kamera snímala obraz velmi podobně jako lidské oko. Jestliže ten filtr vysunu, obraz se zjasní,“ říká Zdeněk a filtr vysunuje. Na stěně se obraz plamene ještě více rozjasní. A nejen to - v jeho okolí jsou vidět siluety svíčky i Zdeňkovy dlaně umístěné za svíčkou.

„Svíčku byste si jako zdroj světla asi s sebou nikam nevzali, že? Spíš byste si vzali tuhle LED svítilnu,“ rozsvěcuje Zdeněk svítilnu s několika jasnými bílými LED a osvětluje s ní přes křemíkovou desku objektiv kamery. Na stěně není vidět vůbec nic.

„Takže světlo z této svítilny neobsahuje, na rozdíl od světla svíčky, žádné infračervené záření,“ končí Zdeněk svojí přednášku.

Potlesk, kterým žáci všech tří tříd postupně odměnili Zdeňkovu přednášku, i několik dotazů na závěr svědčily o tom, že Zdeněk žáky zaujal a přednáška se jim líbila.

Děkujeme!

Průběh přednášky a předvedené experimenty zachycují fotografie. Fotografie byly pořízeny během tří uskutečněných přednášek, ale jsou seřazeny tak, aby jejich pořadí odpovídalo průběhu jedné přednášky.

Poděkování:

Autor fotografií:

© Jaroslav Reichl, 10. 2. 2016