Sensoren als Grundlage der Robotik: Messungen mit einem selbst gebauten LED-LEGO- Spektrometer

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Cathrin Biermann
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1 Sensoren als Grundlage der Robotik: Messungen mit einem selbst gebauten LED-LEGO- Spektrometer Klemens Koch PH Bern SCIENTIAE & ROBOTICA EPFL September 2018

2 Ein Handy-Bildschirm leuchtet farbig und gibt Licht ab, umgekehrt fängt die Kamera Licht und Farben ein. Die Wechselwirkung zwischen elektrischer Energie und Licht ist für die Sensorik, Datensammlung und ausgabe zentral.

3 LED als Emitter und Absorber Inspiration/Quellen G. C. Lisensky, Beloit College, BCCE 2016 (4.8.16) Tymecki et al (Warsaw),. Kvittingen et al (Trondheim, Norway)

4 Photonen und Elektronen Mögliche Experimente 1. LED als Emitter und Absorber 2. LED als Farbe macht Elektronegativität EN/Ionisierungs- und Licht-Energie sichtbar. 3. Emission und Absorption sind symmetrische Prozesse: Ein farbiges Objekt, komplementärfarbig beleuchtet, sieht schwarz aus. Das Licht verschwindet! 4. Lichtabsorption kann zu einer photochemischen Reaktion führen, aber nur wenn das Licht genügend Energie hat. 5. Licht und Farben entstehen/verschwinden - Innerer photo-elektrischer Effekt - Erklärung und Einsteins Nobelpreis. 6. Absorption durch farbige Lösungen: Spektrometrie 7. Sekundärlicht messen: Fluoreszenz )

5 1. LED als Emitter und Absorber (Sensor) Quelle W. R Algar et al: Build Your Own Photometer: A Guided-Inquiry Experiment To Introduce Analytical Instrumentation, Canada. DOI: /acs.jchemed.5b00426, J. Chem. Educ (2015).

Photonen und Energie der Elektronen im Atom 2. Farbe macht Elektronegativität EN/Ionisierungs- und Licht- Energie sichtbar. N hohe EN 3.04 hohe Ionisierungsenergie 14.5 ev hohe Lichtenergie um 3.

6 Photonen und Energie der Elektronen im Atom 2. Farbe macht Elektronegativität EN/Ionisierungs- und Licht- Energie sichtbar. N hohe EN 3.04 hohe Ionisierungsenergie 14.5 ev hohe Lichtenergie um 3.0 ev: blau, UV P mittlere EN 2.19 mittlere Ionisierungsenergie 10.5 ev mittlere Lichtenergie um 2.4 ev: As tiefe EN 2.18 tiefe Ionisierungsenergie 9.8 ev tiefe Lichtenergie um 1.5 ev: grün rot, IR G. C. Lisensky, Beloit College, BCCE 2016 (4.8.16) (Pauling s EN, Wikipedia ionisation energy )

7 Komplementärfarben 3. Emission und Absorption sind symmetrische Prozesse: Ein farbiges Objekt, komplementärfarbig beleuchtet, sieht schwarz aus. Das Licht verschwindet!

8 Photonen und Elektronen-Transfer: Photoreduktion 4. Lichtabsorption kann eine photochemische Reaktion anregen, aber nur wenn das Licht genügend Energie hat. Z. B. Cyanotypie, ein fotografischer Prozess, in dem sich Berliner Blau bildet: C 6 H 5 O Fe 3+ light 2 Fe 2 + C 5 H 4 O CO 2 + H + Oder Chlorwasserstoff Methylenblau-Ascorbinsäure Photosynthese

9 + - Emission/Absorption und Elektronen 5. Wie Licht und Farben entstehen und verschwinden Emission und Absorption: Der (innere) photoelektrische Effekt, dessen Erklärung Einstein den Nobelpreis verdankt. Elektronenfluss Photonenfluss Photonenfluss Elektronenfluss

10 Photons and electrons 5. Emission and Absorption electron flux photon flux photon flux electron flux

11 Photometri> Spektrometrie 6. Absorption durch gefärbte Lösungen Ł. Tymecki, R. Koncki (Universität Warschau): Simplified paired-emitter detector-diodes-based photometry with improved sensitivity, Analytica Chimica Acta 639 (2009) E. V. Kvittingen, L. Kvittingen, B. J. Sjursnes, R. Verley (Trondheim, Norway): Simple and Inexpensive UV-Photometer Using LEDs as Both Light Source and Detector, J. Chem. Educ. 2016, 93, , DOI: /acs.jchemed.6b00156

12 Photonen mit Energieverlust 7. Sekundärlicht messen: Fluoreszenz M. Pokrzywnicka, R. Koncki, Ł. Tymecki (Universität Warschau): A concept of dual optical detection using three light emitting diodes. Talanta 82 (2010) E. V. Kvittingen, L. Kvittingen, Th. B. Melø, B. J. Sjursnes, Richard Verley (Trondheim, Norway): Demonstrating Basic Properties of Spectroscopy Using a Self Constructed Combined Fluorimeter and UV-Photometer, J. Chem. Educ. 2017, 94, , DOI: /acs.jchemed.7b00121

important articles, for Annalen der Physik, 1905 The European and the American

13 Einsteinhaus Bern The flat on the second floor of Kramgasse 49 was rented by Einstein and his family from 1903 to 1905 and there he wrote four of his most important articles, for Annalen der Physik, 1905 The European and the American Physical Society [EPS/APS] inaugurated it as the first joint Historic site in 2015.

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