Teach レッスン
色が違うLEDは同じように働く?
同じ抵抗値と2つの電源電圧を使い、3色のLEDを比べます。
教員アカウントでログインして授業セッションを準備します。生徒はクラスコードで参加します。
LabsLandを初めて利用しますか? 教員アカウントを作成
学習目標
同じ公称条件で3色のLEDの電気的な測定値を比べる。
電源設定と抵抗の測定電圧からLED電圧を推定し、その限界を述べる。
生徒用アクティビティのプレビュー
アクティビティの内容
プレビューのみです。 授業セッションでは、生徒が回答を入力し、教員に提出できます。
同じ電源、違う色
5 min
パネルには、同じ電源につながる赤・黄・緑の表示灯があります。共通の電源なら、すべてのLEDに同じ電流が流れるのでしょうか。各色を1 kΩの抵抗で3 Vと5 Vで調べます。電気的な比較は写真の明るさではなく、メーターを根拠にしてください。
3 Vで3色に同じ電流が流れるか予想してください。色の順序を決めつけずに理由を述べましょう。
同じ条件で比べる
25 min
回路を理解する
実験室ボタンで、実物の装置に配線済みの回路が開きます。枝とは、抵抗とLEDを含む電流の通り道です。LEDにはアノード(A)とカソード(K)があり、向きは設定済みです。正側電源の値を確認・変更するには直流電源、測定電圧を読むにはマルチメーターを選びます。変更のたびに測定を実行を押し、結果と装置の写真が更新されるまで待ってください。設定を変えるだけでは新しい結果は得られません。キーボードで電圧を調整する場合は、ノブにフォーカスを移します。左右キーで変更幅、上下キーで値を変えます。測定前に表示電圧を確認してください。
メーターは抵抗の両端の電圧 $V_R$ を読みます。VDCの値をボルトで記録し、mV表示なら1 000で割ります。例えば240 mV = 0.240 Vです。uV(マイクロボルト、µV)表示なら1 000 000で割ります。300 uV = 0.000300 Vです。抵抗が1 kΩなら $I\,\text{(mA)}=V_R\,\text{(V)}$ です。このように、測定電圧と指定された抵抗値から電流を計算します。
実際の光はカメラの写真で観察します。図の推定発光は直近の結果を表すもので、光の測定ではありません。カメラ画像を比べるときはオフにしてください。反射で光が判別できなければ、消灯と決めつけずに判別できないを選びます。装置には状態表示灯もあります。回路のLEDがはっきり見えない場合は、回路と電圧を変えずに測定を実行をもう一度押してください。結果と写真の更新後、再びLEDを観察します。最初と再測定の値、見え方の変化を記述回答に短く残し、表には再測定の結果を使います。まだ判別しにくければ判別できないを選んでください。別の灯りから結論を出したり、期待した結果になるまで繰り返したりしないでください。
各結果の下にある装置名を確認してください。連続する測定でも異なるHive実機が使われることがあります。そのため、小さな差は部品の違いによる可能性があります。過去の記録と表示された結果は、新しい独立した測定ではありません。
回路の保護を保つ
用意された配線と抵抗をそのまま使います。0~5 Vの正側電源だけを使い、この活動では1~5 Vに設定してください。LEDを電源に直接つないではいけません。他の電源やファンクションジェネレーターは変更しません。メーターは抵抗の両端に接続済みです。直流電圧モードを保ち、電流や抵抗のモードに変えないでください。
抵抗の両端の電圧から、その枝の電流を求めます。AとKはLEDの端子を示します。
回路を切り替える
1つの回路を使い終えたらHiveのセッションを退出し、この活動に戻ってから次の実験室ボタンを開きます。各ボタンは別の回路を読み込みます。前の回路を使い回したり、メーターを配線し直したりしないでください。
赤
赤
回路を開き、正側電源を初期値5 Vから3 Vに変えます。測定して赤, 3 Vの行を埋めます。5 Vに変えて測定し、赤, 5 Vを埋めます。1 kΩの抵抗とメーターの接続は変えません。
授業セッションで利用できます
緑
緑
回路を開き、正側電源を初期値5 Vから3 Vに変えます。測定して緑, 3 Vの行を埋めます。5 Vに変えて測定し、緑, 5 Vを埋めます。1 kΩの抵抗とメーターの接続は変えません。
授業セッションで利用できます
黄
黄
回路を開き、正側電源を初期値5 Vから3 Vに変えます。測定して黄, 3 Vの行を埋めます。5 Vに変えて測定し、黄, 5 Vを埋めます。1 kΩの抵抗とメーターの接続は変えません。
授業セッションで利用できます
結果
各色で3 V、次に5 Vの順に測定し、6行を埋めます。測定したV_Rを記録し、I(mA)=V_R(V)を計算して、V_LED = 設定電圧 − V_Rを推定します。電源設定は別途測定した電圧ではないため、このLED電圧は推定値です。カメラの観察を選び、余分な行は空欄にしてください。
| LEDの色 | 設定電圧 V | 抵抗の電圧 V | 計算した電流 mA | 推定LED電圧 V | カメラの観察 |
|---|---|---|---|---|---|
色から何がわかる?
15 min
5 Vでの緑色LEDを使い、推定電圧をVで示してください。測定した抵抗の電圧を使って引き算を示しましょう。
3 Vで3つの電流は明らかに違いましたか、それとも近すぎて確かに区別できませんでしたか。値を示し、5 Vの結果も同じ結論を支持するか確認してください。
推定したLED電圧を、すべての赤・黄・緑のLEDに当てはまる正確な定数として示してはいけないのはなぜですか。
設計者が3色の表示灯に同じ電流を流したいと考えています。同じ抵抗を使えば保証できますか。結果に基づいて答えてください。
提出
すべて測定したらHiveを退出してここに戻ります。実習を完了済みにし、必須の行と回答をすべて確認して提出してください。
このプレビューを実際の授業セッションに
LabsLand Teachに進み、このレッスンを生徒と使用して、アカウントで利用できるアクセスを確認します。
LabsLandを初めて利用しますか? 教員アカウントを作成