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Technik im Physikunterricht - Technische Universität Braunschweig

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Abbildung 16: Bauformen

Abbildung 16: Bauformen von Rauchmeldern (Quelle: http://www.rauchmelder-lebensretter.de) Ein Rauchmelder ist ein potentiell lebensrettendes technisches Gerät. Im Brandfall kann das Einatmen von Rauch tödlich sein, denn Rauch von brennendem Kunstoff kann eine Vielzahl giftiger Gase enthalten. Insbesondere die Verbrennungsprodukte von auf Chlorbasis hergestelltem Kunststoff ähneln zum Teil chemischen Kampfstoffen. Im Gegensatz zu anderen Ländern ist in Deutschland der Einsatz von Rauchmeldern noch nicht sehr weit verbreitet. Bei uns sind jährlich 600 Brandtote zu beklagen; der flächendeckende Einsatz von Rauchmeldern könnte diese Zahl um 40% senken. Das erste Patent für einen Rauchmelder wurde 1896 angemeldet (Kilian 2004). Seine Funktionsweise beruhte auf einer Kombination biologischer und physikalischer Prinzipen: Zwei Vögel in einem Käfig sollten im Brandfall mit Rauchvergiftung von ihrer Stange fallen und am Boden einen elektrischen Kontakt schließen, wodurch ein Alarm ausgelöst wird. Bei den heutigen Rauchmeldern gibt es zwei Geräteklassen, deren Funktionsweise auf unterschiedlichen Prinzipien beruht: Bei den Ionisationsrauchmeldern erzeugt ein radioaktives Präparat ionisierte Luftmoleküle. Legt man in einer Kammer eine elektrische Spannung an zwei Kondensatorplatten, fließt ständig ein kleiner Ionisationsstrom. Rauch, der in die Kammer eindringt, führt zu einer Verringerung der Stromstärke und wird auf diese Weise nachgewiesen. Verbreiteter als die Ionisationsrauchmelder sind die optischen Rauchmelder, die auf der Streuung von Licht an Rauchpartikeln basieren. Das Funktionsprinzip ist in Abbildung 17 dargestellt. Das Licht einer Leuchtdiode wird im Brandfall von den eintretenden Rauchteilchen gestreut und trifft zum Teil auf eine Fotozelle. Dadurch wird ein akustischer Alarm ausgelöst, der die Hausbewohner weckt und auf den Brand aufmerksam macht. 24

Abbildung 17: Funktionsprinzip eines optischen Rauchmelders (Quelle: http://www.rauchmelder-lebensretter.de) Der Bau eines Funktionsmodells für einen optischen Rauchmelder wird in der piko- Handreichung „Physik im Alltag: High Tech-Anwendungen, Low Cost-Freihandversuche“ dargestellt (Stetzenbach et al. o. J.). Der Nachweis des gestreuten Lichts erfolgt hier über einen lichtempfindlichen Widerstand (LDR), der Alarm kommt von einem Summer, der über eine einfache Transistorschaltung gesteuert wird. 3.2 Laserdrucker und Fotokopierer a) Physikalische Fragen Laserdrucker und Fotokopierer (die beide in ähnlicher Weise funktionieren) sind exzellente Beispiele dafür, wie man mit einer technischen Anwendung ein ganzes physikalisches Teilgebiet (die Elektrostatik) diskutieren kann. Eine schöne Darstellung der zugrunde liegenden Physik, die direkt am Beispiel des Fotokopierers erläutert wird, gibt Bloomfield (2001). Harris (o. J.) gibt eine etwas knappere Darstellung der Funktionsweise des Laserdruckers. Abbildung 18: Querschnitt durch einen Laserdrucker (Quelle: http://computer.howstuffworks.com/laser-printer.htm) 25 Fotozelle

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