Lehrstuhl für Didaktik der Physik
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Widerstandsänderung aufgrund der Änderung der elektrischen Leitfähigkeit

FSR-Drucksensor (Force Sensitive Resistor)

FSR-Drucksensoren werden beispielsweise in der Sitzfläche von modernen Kraftfahrzeugen eingebaut und melden, wenn kein Sicherheitsgurt angelegt ist. Der Drucksensor ist aus drei verschiedenen Schichten (Trägerschicht, Halbleiterschicht und Leiterfolie) aufgebaut. Die Kontakte der Leiterfolie greifen kammförmig ineinander ohne sich zu berühren. Ist der Sensor unbelastet, beträgt sein elektrischer Widerstand mehrere Megaohm. Unter Druck bilden sich Kontaktbrücken zwischen den „Leiter-Kämmen“. Je höher der Druck, desto mehr Kontaktbrücken werden gebildet und der elektrische Widerstand des FSR-Drucksensors sinkt.

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Modellversuch zum Drucksensor

An einen feuchten Schwamm wird ein Ohmmeter (siehe Bild) angeschlossen. Je höher der Druck auf den Schwamm ist, desto niedriger ist der angezeigte Widerstandswert. Mit der Belastung des Schwammes steigt seine relative Durchfeuchtung und die Dichte gut leitender Kontaktbrücken.

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Wasseralarm

Der Wasseralarm wird in Waschküchen, im Bad oder im Keller auf den Fußboden gestellt. Eine Wasserschicht am Boden überbrückt die Isolationsschicht zwischen zwei Grafitstreifen und ermöglicht einem geringen Stromfluss. Verstärkt über eine Darlingtonschaltung löst dies dann einen Warnton aus.

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Selbstgebaute Gießanlage

Der elektrische Widerstand zwischen zwei Edelstahlelektroden, die in das Erdreich gesteckt werden, ändert sich mit der Bodenfeuchte. Über eine Verstärkerschaltung und ein Relais wird eine Bewässerungsanlage geschaltet.

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BIA-Körperfettmesser (Bio-Impedanz-Analyse)

Die Funktionsweise dieses Körperfettmessers basiert auf der Bio-Impedanz-Analyse. Jedes Körpergewebe weist einen spezifischen elektrischen Widerstand auf. So leitet Muskelgewebe aufgrund des hohen Wasseranteils elektrischen Strom relativ gut. Fettgewebe ist hingegen ein sehr schlechter elektrischer Leiter. Über die Messung der Impedanz kann nun der Körperfettanteil bestimmt werden. (Tatsächlich werden kurze Spannungspulse bzw. Wechselspannungen verwendet, um über Kapazitäten weitere Daten zu Hautwiderstand und zur Zelldichte zu erhalten.)

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Lügendetektor

Die Anwendung in nebenstehender Abbildung kann nur grob eine unterschiedlich große Leitfähigkeit der Haut erfassen. Unter starken emotionalen Belastungen verändert sich die Feuchte der Haut und damit sinkt der elektrische Widerstand. Über eine Darlington-Schaltung wird dann eine Leuchtdiode geschaltet. Selbstverständlich ist das einfache Gerät kein zuverlässiges Messinstrument. Professionelle Lügendetektoren sind Polygraphen. Das bedeutet, dass mehrere Körpersignale gleichzeitig erfasst werden. Hierzu zählen unter anderem: Herzfrequenz, Hautleitfähigkeit und Atemfrequenz.

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