Zauberkessel zeigt Grundlagen der optischen Sensorik

Der Laserzauberkessel – die in ihm enthaltene Flüssigkeit ändert wie von Zauberhand die Farbe. Und lässt dazu beispielsweise einfallendes grünes Laserlicht durch eine rote Flüssigkeit verschwinden. Natürlich hat das mit Zauberei nichts zu tun: mit dem Versuchsaufbau demonstriert die wissenschaftliche Mitarbeiterin Margarita Aleksandrova die physikalischen Grundlagen der optischen Sensorik. Es geht um Lichtbrechung und –absorption.

Das Licht von drei farbigen Lasern (grün, rot und blau) trifft auf die mit einem Indikator eingefärbte Lösung und wird auf einen weißen Schirm dahinter projiziert. Nach dem Zugeben von Backpulver oder Zitronensäure ändert die Flüssigkeit ihren pH-Wert und somit ihre Farbe. Dadurch ändert sich dann auch die Lichtintensität des Lasers, dessen Farbe absorbiert wird: „Jeder Stoff absorbiert eine andere Wellenlänge“, erklärt Aleksandrova.

„Durch unseren Aufbau kann man zwar zeigen, dass sich der pH-Wert ändert, man kann ihn aber so nicht genau bestimmen. Dazu sind pH-Sensoren im Lösungsbecher angebracht.“ Beispielsweise ändert sich die gelbe Lösung durch Zitronensäure in rot und der pH-Sensor zeigt zusätzlich den genauen Wert an. „Wie so ein Sensor funktioniert, aufgebaut und kalibriert wird, lernen die Studierenden bei uns.“

Mit dieser Darstellung der Grundlagen kann man sehr gut auf die Funktionsweise, den Aufbau und die Anwendungsgebiete der optischen und der pH-Sensorik überleiten, weiß die Ingenieurin. „Sie kommen unter anderem in der Umweltmesstechnik zum Einsatz.“