German subtitles for clip: File:Smoke-engineerguy.ogv

1
00:00:04,000 --> 00:00:06,000
Wie ein Rauchmelder funktioniert.

2
00:00:06,000 --> 00:00:07,000
Vom Aufspüren bis zur Elektronik.

3
00:00:07,000 --> 00:00:09,000
In Teilen unterstützt durch Camille & Henry Dreyfus Foundation Special Grant Program in the Chemical Sciences.

4
00:00:09,000 --> 00:00:13,000
Ich halte Rauchmelder für ein Wunderwerk der Technik.

5
00:00:13,000 --> 00:00:15,000
Lassen Sie mich Ihnen zeigen, wie sie funktionieren.

6
00:00:20,000 --> 00:00:22,000
Dieser schwarze Zylinder hat Luftschlitze, welche Luft in den Rauchmelder leiten.

7
00:00:22,000 --> 00:00:28,000
Nun, er versteckt den wesentlichen Teil des Gerätes.

8
00:00:28,000 --> 00:00:36,000
Versteckt liegt hier etwa ein Mikrocurie radioaktives Americium-241 - das sind in etwa 0,29 Mikrogramm.

9
00:00:36,000 --> 00:00:41,000
Das klein wenig radioaktives Material erzeugt einen kleinen Strom, der den Rauchmelder arbeiten lässt.

10
00:00:41,000 --> 00:00:42,000
Lassen Sie mich erklären, wie.

11
00:00:42,000 --> 00:00:47,000
Die Luft strömt zwischen diesen beiden Elektroden, nun natürlich leitet Luft keinen Strom,

12
00:00:47,000 --> 00:00:54,000
aber wenn Alphateilchen aus dem radioaktivem Americium  gegen Sauerstoff und Stickstoff Moleküle stoßen, welche die Luft ausmachen,

13
00:00:54,000 --> 00:00:57,000
stoßen sie Elektronen aus, und es bleiben geladene Gasmoleküle übrig.

14
00:00:57,000 --> 00:01:02,000
Die 9-Volt-Batterie sorgt dafür, dass sich diese Ionen bewegen und so ein Strom entsteht.

15
00:01:02,000 --> 00:01:08,000
Nun, hier is es klitzeklein: Ungefähr 100 Pikoampere, ca. ein Hundertmilliardenstel des Stroms, der durch ihr Zuhause fließt.

16
00:01:08,000 --> 00:01:13,000
Wenn Rauch in die Kammer eintritt, binden sich die Ionen an den Rauch, werden langsamer und verlieren oft ihre Ladung,

17
00:01:13,000 --> 00:01:17,000
beides führt dazu, dass der Strom abbricht, was wiederum den Alarm auslöst.

18
00:01:17,000 --> 00:01:23,000
Nun, um so ein kompaktes Gerät mit nur einer 9-Volt-Batterie zum laufen zu bringen, brauchte es die Solid State Revolution der 1960er.

19
00:01:23,000 --> 00:01:26,000
Ich werde es Ihnen zeigen.

20
00:01:26,000 --> 00:01:29,000
Wenn ich die beiden Elektroden entferne, können sie einen kleinen integrierten Schaltkreis sehen.

21
00:01:29,000 --> 00:01:35,000
Er enthält ein wunderbares Gerät names MOSFET, welches die sehr kleinen Veränderungen im Strom erkennen kann.

22
00:01:35,000 --> 00:01:41,000
Im Rauchmelder dient es als ein An-Aus-Schalter, ausgelöst durch den winzigen Strom zwischen den beiden Elektroden.

23
00:01:41,000 --> 00:01:46,000
Wie bei jedem Transistor, hängt sein Betrieb davon ab, Dioden aus Halbleitern herzustellen.

24
00:01:46,000 --> 00:01:52,000
Eine Diode erlaubt Strom nur in einer Richtung zu fließen, weil sie zwei Halbleiter-Typen verwendet.

25
00:01:52,000 --> 00:01:57,000
Ein Typ, der negative Ladungsträger benutzt und einer, der positive Ladungsträger benutzt.

26
00:01:57,000 --> 00:02:00,000
Kippen Sie die Batterie und der Ladungsstrom stoppt.

27
00:02:00,000 --> 00:02:05,000
Nun, um ein  MOSFET zu \"bauen\", nehmen wir zwei solcher Dioden und packen sie zusammen, sodass jede umgekehrt ist.

28
00:02:05,000 --> 00:02:10,000
Dies scheint nutzlos, weil kein Strom durch so eine Anordnung fließen wird,

29
00:02:10,000 --> 00:02:16,000
aber Ingenieure lagern diesen \"Diodensandwich\" in den selben Halbleiter-Typ, wie den, an dem sich die Diodenenden berühren.

30
00:02:16,000 --> 00:02:21,000
Dann platzieren sie Metallkontakte an den Enden der Dioden und an den Block aus halbleitendem Material.

31
00:02:21,000 --> 00:02:25,000
Als nächstes beschichten sie die Dioden mit einer dünnen Schicht aus Siliziumdioxid.

32
00:02:25,000 --> 00:02:29,000
Nun, im Gegensatz zu Metallen oder Halbleitern leitet dieses gar keinen Strom.

33
00:02:29,000 --> 00:02:36,000
Darauf platzieren sie noch einen weiteren Metallkontakt namens \"Gate\" (dt.: Tor), welcher den Stromkanal zwischen Quelle und Senke öffnet oder schließt.

34
00:02:36,000 --> 00:02:41,000
Wenn wir eine Spannungsdifferenz zwischen dem Gate und der Quelle verursachen, erzeugt dies ein Feld

35
00:02:41,000 --> 00:02:48,000
durch die isolierende Schicht, das die freien positiven Ladungsträger zum Gate anzieht und somit einen Kanal öffnet, der nun einen Stromfluss erlaubt.

36
00:02:48,000 --> 00:02:53,000
In einem Schaltkreis verwenden wir eine 9-Volt-Batterie, um eine Potentialdifferenz zwischen Quelle und Gate zu erzeugen.

37
00:02:53,000 --> 00:02:58,000
Sie \"spannt\" das Gate \"vor\", sodass der Strom durch das MOSFET fließt und so die Sirene anschaltet,

38
00:02:58,000 --> 00:03:02,000
also wirken wir dem entgegen, indem ein Strom aus dem Detektor fließt.

39
00:03:02,000 --> 00:03:07,000
Hier ist das, wo das ionisierte Gas einen winzigen Strom zwischen den beiden Elektroden erzeugt, wie ich es Ihnen zuvor gezeigt habe.

40
00:03:07,000 --> 00:03:12,000
Dieser Strom fließt durch einen großen Widerstand und erzeugt eine Spannung, die sich der Batterie widersetzt

41
00:03:12,000 --> 00:03:15,000
und dies stoppt den durch den MOSFET fließenden Strom.

42
00:03:15,000 --> 00:03:18,000
Wenn Rauch in die Kammer eindringt, wird der winzige Strom gestoppt,

43
00:03:18,000 --> 00:03:20,000
der MOSFET erlaubt dem Strom in den Teil des Schaltkreises zu fließen,

44
00:03:20,000 --> 00:03:22,000
welcher die Sirene auslöst.

45
00:03:22,000 --> 00:03:24,000
Nun, für mich ist das Technik von seiner besten Seite:

46
00:03:24,000 --> 00:03:29,000
Einfach, zuverlässig, kostengünstig und rettet unzählige Leben.