1 Überblick über die Sensorik

Seite 215
428 8.2 Pellistoren 429
8.2 Pellistoren
Geht bei einer einzelnen chemischen Reaktion innerhalb eines Systems ein Teilchen von
einem Zustand 2 mit einer höheren Energie W n
2
in einen Zustand 1 mit niedrigeren
Energie W n
1
über, dann kann die Energiedifferenz in die kinetische Energie ∆W g kin,n
(hierunter wollen wir allgemein jede Bewegungsenergie, d.h. auch z.B. die Energie von
Molekülrotationen, Molekülschwingungen etc. verstehen, wobei wir wissen, daß bei
elastisch gebundenen Systemen die Bewegung auch mit einer mittleren potentiellen
Energie im Feld der Federkräfte verbunden ist) einer im Mittelwert ungerichteten Bewegung
(auch Wärme genannt) aller Teilchen des Systems umgewandelt werden gemäß
der Beziehung (Band 2,Abschnitt 1.2.1):
Wir nehmen an, daß einzelne Reaktionen die Systeme in den Zuständen 1 und 2 nicht wesentlich
ändern, in diesem Fall ergibt sich für n nebeneinander ablaufende Reaktionen:
Bezieht man die Anzahl der ablaufenden Reaktionen auf die Zeit, dann erhält man als
chemisch erzeugte Wärmeleistung P chem :
mit der Reaktionsrate (Anzahl der Reaktionen pro Zeit, in Abschnitt 8.1.3 Reaktionsgeschwindigkeit
genannt) ∂n/∂t. Die chemisch erzeugte Wärmeleistung bewirkt wie die
Joulesche Wärme beim Stromfluß durch einen Widerstand eine Temperaturerhöhung
des Systems analog zu (3.1-1)
wobei R th den Wärmewiderstand des Systems beschreibt. Die Messung der Systemtemperatur
kann also – wenn die Parameter in (3) und (4) bekannt sind – zur Messung der
Reaktionsrate herangezogen werden. Diese Größe hängt unter anderem von der Dichte
der vorhandenen Reaktionspartner ab (für die theoretische Behandlung kann ein ähnlicher
Ansatz gemacht werden wie bei der Festkörperdiffusion in Band 1, Abschnitt 2.7.2
oder bei der Rekombinationsrate von Überschußladungsträgern in Band 2, Abschnitt
6.2.2, s. auch Abschnitt 8.1.3) , d.h. über die Reaktionsrate kann die Anwesenheit und
Konzentration bestimmter chemischer Substanzen nachgewiesen werden, sofern eine
Reaktion des Typs (2) stattfindet.
Da der Ablauf chemischer Reaktionen durch Katalysatoren (Abschnitt 8.1) entschei-