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Bestimmt besitzt du oder ein Freund von dir ein Smartphone. Wahrscheinlich hast du ein solches Mobiltelefon in diesem Moment dabei.
Nicht ohne Grund ist ein Smartphone smart
(also klug). So erledigt es Aufgaben, für die früher mehrere Geräte benötigt wurden.
Zum Beispiel kannst du mit dem Smartphone telefonieren, Text- und Bildnachrichten versenden und empfangen, fotografiren, Videos drehen oder im Internet surfen.
Das Smartphone reagiert (scheinbar) intelligent auf Änderungen seiner Umgebung. Einige Beispiele sind dir sicherlich bekannt:
Tippst du mit einem Finger auf den Bildschrim, erkennt das Smartphone wo du getippt hast, und es wird zum Beispiel eine App geöffnet oder ein Buchstabe geschrieben.
Es erkennt, ob du es vertikal oder horizontal hältst und passt den Bildschrim darauf an.
Näherst du es zum Telefonieren an dein Ohr, dann verringert sich die Helligkeit des Bildschirms (was Energie spart und die Dauer des Akkus erhöht).
Der Grund für die ausgesprochen vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von Smartphones liegt in ihrer Ausstattung mit einer hochentwickelten Elektronik im Miniaturformat und einer Reihe von technischen Sensoren.
Aus dem Bild gewinnst du einen Eindruck vom komplexen Innenleben
eines Smartphones.
Auf der Vorderseite findet man folgende Elemente:
- Akkuladebuchse
- Lautsprecher
- Kopfhörerbuchse
- Kamerasensor
- Prozessor
- SD-Card-Leser
- Motor für den Vibrationsalarm
Und auf der Rückseite findet man folgende Elemente:
- Rückseite des berührungssensitiven Displays
- Näherungssensor
- Taste für den
Home-Button
- Mikrofon
Aber auch abgesehen von den Sensoren im Smartphone: Technische Sensoren sind aus unserer modernen Welt nicht mehr wegzudenken. Sie dienen unter anderem der Messung und Überwachung. Zwei Beispiele gefällig?
Blitzer und Radarkontrolle
Zur Sicherheit der Verkehrsteilnehmer, aber auch zum Schutz von Lärm werden Geschwindigkeitskontrollen durchgeführt. Dies geschieht mit optischen Sensoren, die die Laufzeit von Radarwellen analysieren können.
Luftqualitätsmessung
Verschmutzte Luft macht krank. Zur Überprüfung der Luftqualität wird die Konzentration verschiedener Luftschadstoffe an vielen (und doch viel zu wenigen) Messstationen ermittelt.
Insbesondere wenn es darum geht, die Einhaltung von gesetzlichen Grenz- oder Richtwerten zu überwachen, reicht es nicht aus, wenn Sensoren physikalische oder chemische Daten der Umwelt nur grob erfassen.
Bei der Geschwindigkeitskontrolle interessiert die exakte Geschwindigkeit des vorbeifahrenden Fahrzeugs.
Bei der Überwachung der Luftqualität interessiert die Konzentration eines Stoffes, z.B. von Stickstoffoxid in der Luft.
Aber auch in deinem normalen Schulaltag kennst du das Problem schlechter Luft. Man betritt einen Schulraum, in dem vorher eine Klasse Unterricht hatte und dabei nicht gelüftet wurde. Es mieft
. Die Schülerinnen und Schüler, die herauskommen, haben das nicht bemerkt.
Um die subjektive Wahrnehmung von Gerüchen zu objektivieren, kann man Gassensoren nutzen.
In diesem Workshop beschäftigen wir uns mit der Anwendung und Funktionsweise dieser kleinen technischen Sinnesorgane
und schnuppern gemeinsam mit ihnen.
Messaufbau und Sensor kennenlernen.
Kann der Sensor Wasser von Apfelsaft und alkoholfreiem Bier unterscheiden?
Einführung eines Funktionsmodells des Sensors.
Grundlegende Funktionsweise des Sensors nachvollziehen und Temperaturabhängigkeit des Sensorwiderstandes untersuchen.
Fingerabdruck
von Wasser, Apfelsaft und alkoholfreiem Bier.
Temperaturabhängigkeit des Sensorwiderstandes untersuchen.
Temperaturabhängigkeit des Sensorwiderstandes am Funktionsmodell nach Theorie-Phase Ⅰ nachvollziehen.
Der Fingerabdruck
von Gasen als Grundlage für die Kalibrierung.
Kernstück der Experimente in diesem Workshop ist eine Platine. Das linke bzw. rechte Foto zeigt ihre Ober- bzw. Unterseite.
Wir schauen uns zunächst einmal die Unterseite genauer an.
Auf der Unterseite der Platine befindet sich in der Mitte der Gassensor.
Der Gassensor hat auf der Oberfläche eine Membran (schwarz markiert), die das empfindliche Innere vor Flüssigkeiten schützt. Das Gasgemisch kann diese Schutzschicht allerdings durchdringen.
Am Rand des Sensors siehst du vier Lötstellen. Zwei der vier Anschlüsse dienen zur Energieversorgung (rot markiert).
Mit den anderen beiden Anschlüssen (blau markiert) kann man die Spannung am Gassensor abgreifen. Auf die Spannung am Gassensor gehen wir später nochmal genauer ein.
Die folgenden Fotos zeigen eine Nahaufnahme des Gassensors ohne Membran und Schutzkappe (links) und eine Aufnahme des Sensors unter einem Mikroskop (rechts).
Der Sensor verfügt über eine sensitive Schicht (der kreisrunde gelbgrüne Film auf den Fotos). Diese Schicht tritt mit einem Gasgemisch, das durch die Membran eintritt, in Wechselwirkung. Was dort genau passiert, erfährst du in der Theoriephase Ⅰ.
Wir schauen uns nun die Oberseite der Platine an. Hier befindet sich oben ein USB-Anschluss für die Energieversorgung. Sobald der Sensor betrieben wird, leuchtet die rote LED auf.
Der Gassensor ist mit zwei regelbaren Widerständen, den sogenannten Potentiometern, in Reihe geschaltet. Diese lassen sich durch einen Grob- und Feinregler einstellen. Welchen Effekt die Potentiometer auf den Gassensor haben, werden wir in der Experimentierphase Ⅰ erarbeiten.
Die beiden Buchsen links (rot und schwarz) sind mit den beiden Anschlüssen am Gassensor verbunden, die zur Messung der Spannung dienen. Die Spannung am Gassensor heißt auch Heizspannung (siehe Beschriftung zwischen den Anschlüssen auf der Platine).
Die Messung der Heizspannung erfolgt links über ein Multimeter.
Über die beiden Anschlüsse rechts messen wir den Sensorwiderstand (siehe Beschriftung zwischen den Anschlüssen). Hierzu ist rechts ein zweites Multimeter anzuschließen. Der Sensorwiderstand ist übrigens die wichtigste Messgröße in diesem Workshop.
Wir beginnen nun mit dem ersten Aufbau.
Schließe die Platine mit einem Mikro-USB-Kabel an eine Stromquelle (PC) an. Wenn die rote LED aufleuchtet, fahre mit Nächster Schritt
fort.
Nimm dir eines der beiden Digital-Multimeter und stelle den Messbereich auf 20 Volt Gleichspannung wie im folgenden Bild ein:
Schließe nun das Digital-Multimeter mithilfe von zwei Bananensteckern an die Anschlüsse auf der linken Seite der Platine an. Der Aufbau sollte wie im folgenden Bild aussehen:
Mit den einstellbaren Widerständen (Potentiometern), kannst du die Heizspannung U, die an zwei der vier Anschlüsse anliegt, regeln. Gib in die unteren beiden Felder den Bereich an, in dem sich die Heizspannung am Sensor regeln lässt.
Überprüfe noch einmal die minimale Heizspannung.
Überprüfe noch einmal die maximale Heizspannung.
Die minimale und maximale Heizspannung hast du gut bestimmt. Du kannst die Werte mit Ändern
nachträglich überarbeiten oder mit Weiter
fortfahren.
Stelle nun eine Heizspannung von U = 1,2 V ein!
Bevor wir klären, wofür es denn gut sein soll, die Spannung in diesem Bereich variieren zu können, schauen wir uns die beiden anderen Anschlüsse an. Die beiden Buchsen, rechts auf der Platine, sind direkt mit den beiden anderen Anschlüssen des Sensors verbunden. Hier kann man den elektrischen Widerstand des Sensors messen, welcher in diesem Workshop die wichtigste Messgröße sein wird.
Schließe dort nun das andere Multimeter mit zwei Bananensteckern an und stelle den Bereich für die Widerstandsmessung auf 200 kΩ ein.
Für das erste Experiment untersuchen wir das Sensorverhalten bei Wasser und Apfelsaft. Nimm ein Schraubglas mit der Aufschrift Wasser
, öffne es und schraube es vorsichtig unter der Platine an. DER SENSOR DARF NICHT NASS WERDEN, DA ER SONST BESCHÄDIGT WIRD.
Erinnerung: Heizspannung U = 1,2 V.
Warte mindestens 60 s (benutze zur Hilfe den Timer) und trage den abgelesenen Sensor-Widerstand für Wasser in die Tabelle ein. Wiederhole das Experiment mit Apfelsaft!
Flüssigkeit
Wasser
Apfelsaft
Widerstand (U = 1,2 V) in kΩ
Überprüfe deine Messung des Widerstands für Wasser.
Überprüfe deine Messung des Widerstands für Apfelsaft.
Deine Messwerte liegen im erwarteten Bereich. Du kannst mit Ändern
die Messwerte jederzeit nachträglich überarbeiten oder mit Weiter
fortfahren.
Stelle nun die Heizspannung U = 2,6 V ein und wiederhole die Messungen für Wasser und Apfelsaft. Warte wieder jeweils mindestens 60 s, bis du den Widerstand abliest.
Flüssigkeit
Wasser
Apfelsaft
Widerstand (U = 1,2 V) in kΩ
Widerstand (U = 2,6 V) in kΩ
Begründe, inwiefern es dir nun möglich ist mithilfe des Sensors Wasser von Apfelsaft zu unterscheiden!
Überprüfe deine Messung des Widerstands für Wasser.
Überprüfe deine Messung des Widerstands für Apfelsaft.
Bitte gebe eine Begründung ein!
Danke für die Begründung. Mit Ändern
kannst du deine Begründung jederzeit überarbeiten.
Führe das Experiment erneut mit alkholfreiem Bier und den Heizspannungen U = 1,2 V und U = 2,6 V durch. Warte wieder jeweils mindestens 60 s, bis du den Widerstand abliest.
Flüssigkeit
Widerstand (U = 1,2 V) in kΩ
Relativer Wert zu Wasser
Widerstand (U = 2,6 V) in kΩ
Relativer Wert zu Wasser
Wasser
100%
100%
Apfelsaft
%
%
Alkoholfreies Bier
%
%
Überprüfe deine Messung des Widerstands für alkoholfreies Bier bei einer Heizspannung von U = 1,2 V.
Überprüfe deine Messung des Widerstands für alkoholfreies Bier bei einer Heizspannung von U = 2,6 V.
Deine Messwerte liegen im erwarteten Bereich. Du kannst mit Ändern
die Messwerte jederzeit nachträglich überarbeiten.
Begründe, welche Heizspannung deiner Meinung nach geeigneter ist, um die Stoffe Wasser, Apfelsaft und alkoholfreies Bier anhand des Sensor-Widerstands zu unterscheiden. Mit Hilfe einblenden
bekommst du zusätzliche Informationen angezeigt, die dir bei der Begründung helfen könnten.
Bitte gebe eine Begründung ein!
Danke für deine Begründung!
Wir schauen uns im Folgenden die Funktionsweise des Gassensors genauer an. Hierbei benutzen wir ein vereinfachtes Modell, dass uns im Laufe des Workshops noch öfter begegnen wird.
Zunächst erklären wir die wichtigsten Komponenten des Modells.
Der Sensor besteht aus leitfähigem Material.
Die Oberfläche des Sensors (rot markiert) ist in Kontakt mit der Atmosphäre der äußeren Umgebung, die wir fürs Erste ignorieren.
Der Sensor ist mit einem Amperemeter verbunden, das die Stromstärke im Sensor misst.
Momentan fließt kein Strom durch den Sensor.
Im leitfähigen Sensormaterial befindet sich eine gewisse Anzahl an Elektronen (
), die frei beweglich sind und somit Ladung transportieren können. Man spricht daher von freien Ladungsträgern.
Die freien Ladungsträger sind momentan in Ruhe.
Liegt eine Spannung am Sensor an, so setzen sich die freien Ladungsträger in Bewegung: Es fließt ein Strom durch den Sensor.
Die Pfeile (
) zeigen die Geschwindigkeit der freien Ladungsträger an. Je größer die Pfeillänge, desto größer die Geschwindigkeit.
Befindet sich das Gasgemisch Luft in der Umgebung, so binden sich an der Oberfläche des Sensors Sauerstoffteilchen (
) mit ursprünglich freien Ladungsträgern.
Die gebundenen Elektronen sind nicht mehr frei und tragen daher nicht mehr zum Ladungstransport bei.
Wähle aus, was die Bedeckung der Sensoroberfläche mit Sauerstoffteilchen des Gasgemischs Luft bewirkt.
Die Anzahl freier Ladungsträger .
Die Geschwindigkeit der freien Ladungsträger .
Die Stromstärke durch den Sensor .
Der Sensorwiderstand .
- Die Geschwindigkeit der freien Ladungsträger wird durch die Pfeillänge dargestellt.
- Der Zeiger des Amperemeters zeigt die Stromstärke an.
- Nach dem Ohm'schen Gesetz haben Spannung U, Stromstärke I und Widerstand R den Zusammenhang R=U/I.
Mindestens eine Antwort ist nicht korrekt.
Alle Antworten sind korrekt!
Diesmal ist der Luft zusätzlich ein weiterer gasförmiger Stoff beigemischt, das sogennante Zielgas (
).
Das Zielgas kann mit den Sauerstoffteilchen auf der Sensoroberfläche reagieren. Die mit dem Zielgas gebundenen Sauerstoffteilchen lassen die noch eben gebundenen Elektronen frei. Hierdurch stehen wieder mehr freie Ladungsträger für den Ladungstransport zur Verfügung.
Die Stromstärke am Sensor hängt dabei entscheidend von der Reaktionsrate des Zielgases mit dem Sauerstoff auf der Sensoroberfläche ab.
Je größer die Reaktionsrate ist (je wahrscheinlicher also Reaktionen stattfinden), desto geringer ist die Sauerstoffbedeckung und desto mehr freie Elektronen gibt es.
Wähle aus, was die Zufuhr des Zielgases in die Umgebung bewirkt.
Die Anzahl freier Ladungsträger .
Die Geschwindigkeit der freien Ladungsträger .
Die Stromstärke durch den Sensor .
Der Sensorwiderstand .
- Die Geschwindigkeit der freien Ladungsträger wird durch die Pfeillänge dargestellt.
- Der Zeiger des Amperemeters zeigt die Stromstärke an.
- Nach dem Ohm'schen Gesetz haben Spannung U, Stromstärke I und Widerstand R den Zusammenhang R=U/I.
Mindestens eine Antwort ist nicht korrekt.
Alle Antworten sind korrekt!
Wie bereits erwähnt, hängt die Stromstärke des Sensors und damit auch der Sensorwiderstand von der Reaktionsrate des Zielgases ab.
Vergleiche die Reaktionsraten der Zielgase durch die Stoffe Wasser, Apfelsaft und alkoholfreies Bier. Orientiere dich hierzu an deinen Messwerten für die Sensorwiderstände bei einer Heizspannung von 1,2 Volt.
Die Reihenfolge der Reaktionsraten ist nicht korrekt.
Die Reihenfolge der Reaktionsraten ist korrekt.
Die Reaktionsrate eines Zielgases hängt von vier Faktoren ab:
1. Konzentration des Zielgases: Je mehr Zielgas in einem Volumen enthalten ist (Einheit z.B. g/cm³), desto wahrscheinlicher finden Reaktionen mit dem Sauerstoff statt (höhere Reaktionsrate).
2. Sauerstoffbedeckung auf der Sensoroberfläche: Je stärker die Oberfläche mit Sauerstoff bedeckt ist, desto wahrscheinlicher finden Reaktionen mit dem Zielgas statt.
3. Art des Zielgases: Bei gleicher Konzentration und Sauerstoffbedeckung besitzen reaktionsfreudigere Zielgase (mit dem Oberflächensauerstoff) eine höhere Reaktionsrate.
4. Temperatur des Sensormaterials: Der Einfluss der Temperatur des Sensormaterials ist sehr komplex. Es gibt nicht nur einen direkten Einfluss auf die Reaktionsrate (bei höheren Temperatur finden Reaktionen wahrscheinlicher statt). Dazu kommt, dass die Temperatur auch Auswirkungen auf die Sauerstoffbedeckung und die Anzahl freier Ladungsträger hat. Nähern wir uns dem Einfluss der Temperatur experimentell...
Im letzten Experiment hat sich gezeigt, dass die Heizspannung einen Einfluss auf den Sensorwiderstand hat. Aber was bewirkt die Heizspannung am Sensor eigentlich genau?
Unter dem Sensor befindet sich ein langer, dünner Platindraht, der sehr eng gewickelt ist. An den beiden Enden dieses Drahts liegt die Heizspannung an. Je größer die Heizspannung ist, desto größer ist also der Strom, der durch den Platindraht fließt.
Elektrischer Strom hat die Eigenschaft, den Leiter, durch den er fließt, zu erwärmen. Dies nennt man die Wärmewirkung des elektrischen Stroms. Du kannst die Heizspannung mit dem Regler verändern.
Je stärker der Strom ist, desto mehr wird der Platindraht erwärmt, d.h. umso höher ist die Heiztemperatur des Sensors.
Das Diagramm zeigt den ungefähren Zusammenhang zwischen der angelegten Heizspannung U und der Heiztemperatur θ des Platindrahtes. Du kannst mithilfe der Maus Wertepaare aus dem Diagramm ablesen. Beantworte bitte folgende Fragen.
a) Bei welchen Temperaturen wurden die ersten beiden Experimente durchgeführt?
b) Bestimme die minimale und maximale Heiztemperatur, die du mit der Platine einstellen kannst.
Überprüfe noch einmal die angegebenen Heiztemperaturen.
Die angegebenen Heiztemperaturen sind korrekt.
Wir wollen im nächsten Experiment den Einfluss der Sensortemperatur θ auf den Sensorwiderstand R für verschiedene Stoffe untersuchen.
Auf jeden Fall wirst du den Zusammenhang R(θ) für Wasser messen. Wählt darüber hinaus einen weiteren Stoff, für den ebenfalls der Zusammenhang gemessen werden soll:
Bitte wähle einen Stoff aus!
Stelle nun die Heizspannung U = 2,8 V ein und schraube dein Glas mit Wasser an die Halterung unter dem Sensor.
Auf der nächsten Folie musst du folgende Schritte der Durchführung beachten:
Im Diagramm kannst du die Messerte für Wasser und miteinander vergleichen. Zusätzlich siehst du eine Messung für .
Wie du erkennst, unterscheiden sich die Messreihen für die verschiedenen Stoffe.
Für gewöhnlich trägst du in der Schule Messgrößen mit einer linearen Achsenskalierung ein. Oft ist es aber hilfreich, statt der linearen Achsenskalierung eine oder beide der Achsen logarithmisch aufzutragen.
Im Diagramm kannst du neben der linearen Darstellung eine Darstellung auswählen, bei der die Messwerte (auf der y-Achse) logarithmisch aufgetragen sind. Probiere es mal aus!
Benenne stichpunktartig jeweils mindestens einen Vor- und Nachteil der linearen und logarithmischen Darstellung:
Vorteile lineare Darstellung:
Nachteile lineare Darstellung:
Vorteile logarithmische Darstellung:
Nachteile logarithmische Darstellung:
Bitte gebe Vor- und Nachteile an!
Mit Ändern
kannst du die Vor- und Nachteile jederzeit überarbeiten.
Beschreibe, inwiefern es dir möglich ist, Wasser, Apfelsaft und alkoholfreies Bier voneinander zu unterscheiden. Trag deine Antwort in das Textfeld ein.
Deine Erklärung ist zu kurz!
Die Widerstandskurve ist für jedes Zielgas wie ein Fingerabdruck.
Wir wollen nun verstehen, warum der Sensorwiderstand mit der Heiztemperatur zusammenhängt. Hierzu benutzen wir das bereits eingeführte Modell des Sensors.
Kurze Wiederholung: Der Sensor ist an einem Amperemeter angeschlossen, das den Strom durch den Sensor misst. Die Pfeile stellen die Geschwindigkeiten der freien Ladungsträger dar: Je länger ein Pfeil, umso schneller der Ladungsträger. Da eine Betriebsspannung am Sensor anliegt, fließt ein Strom.
Wir berücksichtigen fürs Erste nicht die Umgebung.
Die Farbe des Sensors stellt die Temperatur des Sensors dar, die durch das Heizelement zustande kommt:
Momentan hat der Sensor eine geringe Heiztemperatur.
Erhöht man die Heizspannung, so erhöht sich auch die Heiztemperatur.
Probiere es mit den Schaltern unter dem Bild aus!
Übrigens: Das Sensormaterial ist ein sogenannter Heißleiter. D.h. je höher die Heiztemperatur ist, desto besser leitet das Sensormaterial: die freien Ladungsträger werden schneller.
Wähle aus, was die Erhöhung der Heizspannung bewirkt.
Die Heiztemperatur des Sensors .
Die Anzahl freier Ladungsträger .
Die Geschwindigkeit der freien Ladungsträger .
Die Stromstärke durch den Sensor .
Der Sensorwiderstand .
- Die Geschwindigkeit der freien Ladungsträger wird durch die Pfeillänge dargestellt.
- Der Zeiger des Amperemeters zeigt die Stromstärke an.
- Nach dem Ohm'schen Gesetz haben Spannung U, Stromstärke I und Widerstand R den Zusammenhang R=U/I.
Mindestens eine Antwort ist nicht korrekt.
Alle Antworten sind korrekt!
Beschreibe den Zusammenhang zwischen der Heizspannung, dem Strom durch den Sensor und dem Sensorwiderstand noch einmal mit eigenen Worten. Benutze die obigen Abbildungen als Hilfe. Du kannst auch mit Zurück auf die vorherigen Folien navigieren.
Deine Erklärung ist zu kurz!
Danke für die Erklärung. Mit Ändern
kannst du deine Erklärung jederzeit überarbeiten.
Wie sieht es nun aus, wenn der Sensor mit Luft ohne Zielgas in Kontakt ist und gleichzeitig die Heizspannung geregelt wird?
Kurze Erinnerung: Durch Anwesenheit von Luft in der Umgebung werden an der Sensoroberfläche freie Ladungsträger mit Sauerstoffteilchen () gebunden. Für den Strom stehen dann weniger freie Ladungsträger zur Verfügung.
Die Heizspannung ist momentan niedrig und somit auch die Heiztemperatur des Sensors.
Erhöht man die Heizspannung, so erhöht sich die Heiztemperatur und damit auch die Geschwindigkeit der freien Ladungsträger.
Probiere es mit den Schaltern unter dem Bild aus!
Allerdings hat die höhere Heiztemperatur noch einen zweiten Effekt zur Folge:
Beide Effekte (höhere Geschwindigkeit der freien Ladungsträger, mehr gebundene Ladungsträger) sind jetzt zu berücksichtigen.
Wähle aus, was die Erhöhung von einer niedriegen zu einer mittleren Heizspannung bewirkt, wenn der Einfluss der Luft berücksichtigt wird.
Die Heiztemperatur des Sensors .
Die Anzahl freier Ladungsträger .
Die Geschwindigkeit der freien Ladungsträger .
Die Stromstärke durch den Sensor .
Der Sensorwiderstand .
- Die Geschwindigkeit der freien Ladungsträger wird durch die Pfeillänge dargestellt.
- Der Zeiger des Amperemeters zeigt die Stromstärke an.
- Nach dem Ohm'schen Gesetz haben Spannung U, Stromstärke I und Widerstand R den Zusammenhang R=U/I.
Mindestens eine Antwort ist nicht korrekt.
Alle Antworten sind korrekt!
Die Heizspannung wird nun von einer mittleren Spannung zu einer höheren Spannung verändert. Wähle aus, was die erneute Erhöhung der Heizspannung bewirkt.
Die Heiztemperatur des Sensors .
Die Anzahl freier Ladungsträger .
Die Geschwindigkeit der freien Ladungsträger .
Die Stromstärke durch den Sensor .
Der Sensorwiderstand .
- Die Geschwindigkeit der freien Ladungsträger wird durch die Pfeillänge dargestellt.
- Der Zeiger des Amperemeters zeigt die Stromstärke an.
- Nach dem Ohm'schen Gesetz haben Spannung U, Stromstärke I und Widerstand R den Zusammenhang R=U/I.
Mindestens eine Antwort ist nicht korrekt.
Alle Antworten sind korrekt!
Die Erhöhung der Heizspannung erhöht (1) die Geschwindigkeit der freien Ladungsträger, aber infolge der höheren Temperatur des Sensors (2) docken auch immer mehr Luftteilchen an der Sensoroberfläche an. Die Folge: Immer weniger freie Ladungsträger tragen zum Strom bei. In ihrem Einfluss auf den Strom sind beide Effekte gegensinnig.
Ist die Temperatur des Sensors gering, so sind viele freie Ladungsträger vorhanden. Ihre Geschwindigkeit ist aber gering. Der Strom ist relativ klein / der Widerstand relativ hoch.
Ist die Temperatur des Sensors mittel (heiß, aber nicht extrem heiß), erreicht der Strom ein Maximum, der Sensorwiderstand also ein Minimum. In diesem Fall spricht man von der höchsten Sensitivität des Sensors.
Ist die Temperatur des Sensors hoch, so ist zwar die Geschwindigkeit der freien Ladungsträger hoch, aber nur noch wenige sind überhaupt vorhanden. Auch hier gilt: Der Strom ist relativ klein / der Widerstand relativ hoch.
Die vier Diagramme zeigen verschiedene Abhängigkeiten des Sensorwiderstands von seiner Temperatur. Kreuze an, welches Diagramm dem Sensorbetrieb in Luft am ehesten entspricht.
Bestätigen.
Wähle dasjenige Diagramm aus, in dem die markierte Temperatur auf die Temperatur der höchsten Sensitivität weist.
Bestätigen.
Im Diagramm rechts sieht du noch einmal deine Messungen für Wasser und . Gib für beide Stoff die Temperatur und den Sensorwiderstand der höchsten Sensitivität an.
Bitte überprüfe deine Angaben!
Danke für die Angaben!
Abschließend betrachten wir noch den Fall variabler Sensortemperatur bei einer Messung in Luft, die zusätzlich ein Zielgas () enthält.
Entscheide bei den folgenden Aussagen, ob sie wahr oder falsch sind.
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