Fotografieren farbiger Mikrokristalle im polarisierten Licht ohne Mikroskop

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle.

Angeregt durch eine sehr nette Leserin meines Blogs, möchte ich heute zeigen, wie man wunderschöne, farbige Kristallfotos auch ohne Mikroskop erzeugen kann.

Was benötigen wir? Eine Spiegelreflexkamera oder eine der neuen spiegellosen Systemkameras, idealerweise mit einem Objektiv f. 50 mm bezogen auf Kleinbildformat. Ev. einen Adapter,ein Balgengerät, 2 Polarisationsfilter und eine Lichtquelle.

Hier gleich ein Foto des Aufbaus:

Farbige Kristalle fotografieren im polarisierten Licht.

Farbige Kristalle fotografieren im polarisierten Licht.

Das Kameragehäuse, einer Sony Alpha 7 (Vollformatkamera), habe ich mittels eines Adapters (Sony E-Mount auf m42) mit einem Balgengerät verbunden. Als Objektiv wurde ein 50 mm Domiplan  der Firma Meyer Optik Görlitz verwendet. Nicht die Kamera, sondern das Balgengerät am Stativ befestigen. Ich verwende dazu einen Kugelkopf, er ist auf den Fotos nicht zu sehen. Stativ,Balgengerät und Objektiv sind über 50 Jahre alt. Zwischen 2 Polarisationsfiltern befindet sich der Objektträger mit den Mikrokristallen. Als Lichtquelle diente eine Taschenlampe. Um das Licht etwas zu dämpfen habe ich eine milchige Plastikschachtel zwischen Filtern und Lampe eingefügt. Das Kameragehäuse wurde mit einer Wasserwaage, aufgesteckt auf dem Blitzschuh, ausgerichtet.

Einige wichtige Dinge sind zu beachten:

Verwendet man Zirkularpolarisationsfilter, so müssen sie von der richtigen Seite verwendet werden.

Die Lichtquelle darf keine LED-Lampe sein, weil diese Lampen nur ein sehr enges Lichtwellenspektrum besitzen, man würde keine farbigen Bilder erhalten!

Die Aufnahme muss im abgedunkelten Raum erfolgen.  Zuviel nichtpolarisiertes Nebenlicht schadet dem Polarisationseffekt.

Bei mir sah die Sache dann so aus:

 

Aufnahme im abgedunkelten Raum

Aufnahme im abgedunkelten Raum

 

Das Resultat zeigen die beiden folgenden Aufnahmen:

Schwefelkristalle aus einer Schmelze im polarisierten Lich

Schwefelkristalle aus einer Schmelze,fotografiert im polarisierten Licht

 

Adipinsäure

Adipinsäurekristalle fotografiert im polarisierten Licht

Das alte Balgengerät überträgt natürlich keinerlei Objektiv-Werte an die Kamera. Daher habe ich die Kamera auf manuell gestellt. Sowohl die Blende, also auch die Schärfe wurden von Hand am Objektiv eingestellt. (Mit dem Hoch- und Runterfahren der gesamten Apparatur, und/oder der Variation der Balgenlänge, zunächst grob scharfstellen, dann am Objektiv die Feineinstellung vornehmen). An der Kamera habe ich die Einstellung der ISO-Werte auf automatisch gesetzt und dann die Zeit an der Kamera so gewählt, dass der ISO-Wert 1600 ASA nicht überschritt, um Rauschen zu vermeiden. (Stellt man den ISO-Wert auf automatisch, kann man Blende und Zeit fast beliebig wählen, die Kamera regelt dann die Belichtung über den ISO-Wert. Man muss nur aufpassen, dass der Wert wegen Rauschen nicht zu groß wird). Die Sony A7 hat einen elektronischen Sucher, das Scharfstellen war kein Problem.

Es ist doch interessant und beachtlich, wie gut uralte Gerätschaften mit hochmoderner Technik zusammenarbeiten. Ganz nebenbei: An der Sony Alpha 7 verwende ich mit einem Novoflex Adapter mit großem Spaß meine alten Contax/Yashica-Objektive von Zeiss. Mit diesen alten Objektiven zu fotografieren, ist ein richtiges Vergnügen. Es entschleunigt das Fotografieren gewaltig. Wie schon oft erwähnt, wenn ich Markennamen nenne erfolgt das nicht, weil ich ein Honorar dafür bekomme. Ich bin zum Glück völlig unabhängig in meinem Urteil.

Ich hoffe, ich konnte Ihnen ein paar Anregungen geben. Für meine jungen Leser: Schaut doch mal bei Opa auf den Speicher, vielleicht entdeckt ihr dort ein paar noch ungehobene fotografische Schätze. Und dann gib es ja auch noch eBay.

Soviel für heute liebe Freunde der Mikrokristalle,

ich wünsche eine gute Zeit und viel Spaß beim Experimentieren.

H-D-S

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Natriumacetat: Mikrokristalle in allen Farben.

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

in meinem letzten Blogbeitrag habe ich das Natriumcarbonat vorgestellt. Man kann damit recht schöne Mikrokristalle erzeugen, die aber farblich nicht sehr viel hergeben.,

Ganz anders sieht es mit Natriumacetat aus. Mit diesem Salz lassen sich fantastisch farbige Mikrokristalle erzeugen. Wir können uns Natriumacetat relativ leicht selber herstellen. Dazu benötigen wir an Chemikalien nur das Natriumcarbonat aus dem vorigen Blogbeitrag und Essig aus der Küche. (Der saure Bestandteil des Essigs ist Essigsäure).

Für chemisch weniger bewanderte Leser einige Erläuterungen: Natriumcarbonat ist das Salz einer starken Lauge, nämlich der Natronlauge und einer sehr schwachen Säure, der Kohlensäure.

Wenn man dem Salz einer schwachen Säure eine stärkere Säure zusetzt, verdrängt die stärkere Säure die schwache. Genau das wollen wir durchführen. Essigsäure ist eine viel stärkere Säure als Kohlensäure und verdrängt diese sehr leicht. Aus dem Natriumcarbonat wird Natriumacetat.

Folgende Gerätschaften werden benötigt:

  • Feuerfeste flache Schale aus Porzellan oder Metall (kein Aluminium oder Kupfer).
  • Teelöffel
  • Kleiner Filtertrichter
  • Kaffeefilterpapier
  • Becherglas oder Schnapsglas

Chemikalien:

  • Natriumcarbonat (Soda)
  • Speiseessig
  • Brennspiritus oder Isopropanol

Wer keine feuerfeste Schale besitzt kann auch eine kleine Glasschale verwenden, muss dann aber das Lösungsmittel ohne Wärmezufuhr verdunsten lassen, was einige Tage benötigt.

So, und nun geht es los: In die feuerfeste Schale geben wir einen gestrichenen Teelöffel Natriumcarbonat. Jetzt fügen wir ganz langsam Essig hinzu. Das Natriumcarbonat schäumt stark auf. Das rührt daher, dass die Essigsäure die Kohlensäure aus dem Natriumcarbonat austreibt. Die Kohlensäure zerfällt, da instabil, sofort zu Wasser und Kohlendioxid, das als Gas entweicht. Wir geben so lange in kleinen Portionen Essig zu, bis keine Gasbildung mehr sichtbar ist. (Ein kleiner Überschuss an Essig schadet nicht). Wir haben jetzt eine klare Lösung vorliegen, die bereits unser Natriumacetat enthält. Aber wir sind noch nicht fertig mit unserer Arbeit. Der Speiseessig enthält meist noch Zutaten wie z.B. Gewürze und andere Zusatzstoffe. Diese Dinge wollen wir entfernen, da besonders das reine Natriumacetat sehr schön kristallisiert.

Wir stellen unsere feuerfeste Schale auf eine Herdplatte und lassen das Wasser langsam verdampfen. (Es geht auch bei Raumtemperatur, benötigt aber eine knappe Woche). Zum Schluss bitte aufpassen, es kann sehr leicht spritzen, Schutzbrille tragen, darum die Schale rechtzeitig von der Herdplatte nehmen. Die Eindampftemperatur sollte 100°C nicht überschreiten! (Wenn es etwas gespritzt hat, kein Problem, mit einem feuchten Lappen von der Herdplatte entfernen. Hier ist nichts giftig). Wir haben jetzt einen weißen bis leicht gelblichen Rückstand in unserer Schale, das Natriumacetat. Um es von Verunreinigungen und restlicher Essigsäure zu befreien, geben wir ca. 20 ml (ein Schnapsglas) Spiritus hinzu und lösen den Kristallbrei vom Schalenboden. Eventuelle Würzextrakte und Essigsäure lösen sich im Spiritus. Das Natriumacetat ist aber in dem Lösungsmittel nur sehr wenig löslich.

Wir schneiden uns ein kreisrundes Filter aus einem Kaffeefilter und falten es einmal, so dass es einen Halbkreis bildet. Den falten wir nochmal zu einem Viertelkreis. Jetzt können wir den Viertelkreis zu einer Filtertüte öffnen, die wir in den Filtertrichter einsetzen. Wir feuchten das Papierfilter mit Spiritus an, damit es gut an der Trichterwand anliegt. Jetzt befördern wir den Filterbrei mit dem Spiritus in das Filter, das wir in ein Glasgefäß stellen, damit der Spiritus dort hineinlaufen kann. Wenn der Spiritus abgelaufen ist, waschen wir noch mit etwas Spiritus nach.

Wir haben jetzt im Filter praktisch reines, weißes Natriumacetat, das wir nur noch trocknen müssen. Das geht am besten in der eingangs verwendeten Schale an der Luft in staubarmer Umgebung.

Das trockene Natriumacetat bewahren wir in einer kleinen Flasche oder Plastiktüte auf. (Beschriften nicht vergessen). Eine Warnung zum Spiritus: Spiritus ist fast reiner Alkohol, der mit einer extrem bitter schmeckende Substanz vergällt ist, damit man ihn nicht trinken oder zu alkoholischen Getränken verarbeiten kann. Er ist daher auch steuerfrei und preiswert. In der Küche sollte man mit Spiritus vorsichtig umgehen, damit nicht Gefäße oder Tischoberflächen oder Wischlappen den bitteren Geschmack annehmen! Viel besser geeignet ist an Stelle von Spiritus Isopropanol der korrekt 2-Propanol genannt wird. Also, immer sauber arbeiten und hinterher alles gut abwaschen. Spiritus ist feuergefährlich! Niemals mit offener Flamme arbeiten. Auch in der Nähe darf kein offenes Feuer sein!

Hier noch kurz die formelmäßige Beschreibung:

Na2CO3 + 2 CH3COOH = 2 CH3COONa + CO2 + H2O

Beim Kristallisieren des Natriumacetats gibt es eine Besonderheit: Natriumacetat kristallisiert zusammen mit 3 Molekülen Kristallwasser. Formal können wir schreiben: CH3COONa⋅3H2O. Dieses sogenannte Trihydrat löst sich  bei 58°C im eigenen Kristallwasser. Bei ca. 120°C beginnt das Kristallwasser zu verdampfen. Das wasserfreie Salz schmilzt bei ca. 300°C. Darum muss man beim Eindampfen aufpassen, dass die Temperatur 120ºC nicht überschreitet. Es ist aber auch kein Problem, wenn man das wasserfreie Natriumacetat herstellt. Auf dem Objektträger entsteht ohnehin bei Wasserzugabe wieder das Trihydrat.

Es gibt eine weiter Besonderheit des Natriumacetats, die wir auf dem Objektträger beobachten können: Dazu geben wir einige Körnchen unseres Salzes auf einen sauberen Objektträger. Wir fügen einen Tropfen eines Lösungsmittels Spiritus/dest. Wasser 1:1 hinzu. Die Körnchen lösen sich leicht auf, eventuell mit einem Glasstab oder dem Stiel eines Teelöffels etwas verteilen. Bei Zimmertemperatur, (nicht auf der Heizung!!) das Lösungsmittel verdunsten lassen. Nachdem das Lösungsmittel verdunstet ist liegt auf dem Objektträger eine nicht kristalline Masse vor. Wenn man diese, z.B. mit einer Stecknadel, berührt oder etwas ankratzt, erfolgt eine spontane Kristallisation. Man kann auch ganz wenig Natriumacetat zwischen den Fingern ganz fein verreiben und wenige Körnchen, ein einziges würde genügen, auf den Objektträger geben. Sofort erfolgt spontane Kristallisation. Natriumacetat bildet gerne sogenannte unterkühlte Schmelzen, die dann bei Berührung oder Erschütterung kristallisieren. Die so entstandenen Kristalle ergeben sehr schöne Bilder im polarisierten Licht, wie die folgenden Aufnahmen zeigen:

Natriumacetat Trihydrat

Natriumacetat Trihydrat

 

Natriumacetat Trihydrat

Natriumacetat Trihydrat

 

Natriumacetal Trihydrat

Natriumacetat Trihydrat

 

Natriumacetat Trihydrat

Natriumacetat Trihydrat

 

Vergleicht man die Kristalle von Natriumcarbonat mit denen von Natriumacetat, so sieht man, dass letztere viel farbiger sind. Ich vermute dafür folgenden Grund: Voraussetzung für bunte Strukturen im polarisierten Licht ist der anisotrope Charakter der Kristalle. (Den Begriff der Anisotropie habe ich in meinem Blogbeitrag  Warum ergeben Mikrokristalle im polarisierten Licht farbige Bilder?  ausführlich beschrieben). Ein Natriumcarbonat-Kristall ist vermutlich symmetrischer aufgebaut, als ein Natriumacetat-Kristall und besitzt daher geringere anisotrope Eigenschaften. Aber das ist nur eine Vermutung von mir. Das Kristallwasser befindet sich nicht irgendwo eingeschlossen im Kristall, es ist im Kristallgitter eingebaut.

Die Eigenschaft von Natriumacetat, unterkühlte Schmelzen zu bilden, nutzt man in Wärmespeichern, die man im Winter als Sitzkissen benutzen kann. Diese Wärmespeicher bestehen aus einer Kunststoffhülle, die Natriumacetat enthält. Zusätzlich befindet sich darin ein Metallstreifen. Zu Hause erwärmt man das Sitzkissen auf ca. 60°C. Dabei lösen sich die Kristalle unter Wärmeaufnahme im eigenen Kristallwasser. Dieses Kissen kann man jetzt abkühlen lassen. Wenn man die gespeicherte Kristallisationswärme nutzen will, knickt man das Kissen an der Stelle, wo der Metallstreifen sitzt. (Entspricht dem Anritzen auf dem Objektträger). Jetzt kristallisiert das Natriumacetat und setzt die Kristallisationswärme frei. Das Sitzkissen erwärmt sich auf ca. 35°C.

Wer sich lieber Natriumacetat kaufen möchte, bekommt es preiswert bei Amazon. Dort gibt es auch meinen Kalender „Surreale Farbwelten – Mikrokristalle“ für 2017 mit tollen Mikrokristallen.

Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle. Im nächsten Blogbeitrag vergleiche ich Bilder der Zitronensäure mit Natriumzitrat, dem Natriumsalz der Zitronensäure, das wir auch leicht selber herstellen können.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

 

H-D-S

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Titel: Surreale Farbwelten-Mikrokristalle

Autor: Dieter Schenckenberg

Hier die ISBN-Nummern:
Wandkalender 2017 DIN A4 quer ISBN 978-3-664-84126-4

Wandkalender 2017 DIN A3 quer ISBN 978-3-664-84127-1

Wandkalender 2017 DIN A2 quer ISBN 978-3-664-84128-8

Den Kalender gibt es bei

http://www.amazon.de

http://www.amazon.co.uk

http://www.amazon.fr

http://www.thalia.de

http://www.buchhandel.de

http://www.weltbild.de

http://www.buecher.de

http://www.ebook.de

http://www.calvendo.de

Mikrokristalle von Natriumcarbonat.

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

Weihnachten naht mit großen Schritten. Da lohnt es sich, einmal das Natriumcarbonat auf dem Objektträger zum Kristallisieren zu bringen. Manchmal erhält man sehr interessante, sternenähnliche Kristalle, die gut zu der Jahreszeit passen.

Natriumcarbonat, auch Soda genannt, wurde früher in jedem Haushalt zum Wäsche waschen verwendet. Man nannte es Bleichsoda oder Waschsoda. Soda findet in der Industrie vielfältige Verwendung, so z.B. in der Glasindustrie. Das weltgrößte chemische Unternehmen, die BASF in Ludwigshafen, trug „Soda“ ursprünglich in ihrem Namen. Sie hieß Badische Anilin- & Sodafabrik.

Na2CO3 ist die chemische Formel für Soda, es handelt sich also um das Natriumsalz der Kohlensäure. Soda bekommt man in jeder Apotheke, manchmal auch in Drogerien. Soda gibt es auch in manchen Baumärkten. Das Salz löst sich sehr leicht in Wasser, es ist unlöslich in Spiritus.

Zum Züchten von Mikrokristallen gibt man ein paar Kristalle auf einen Objektträger und fügt einen Tropfen Wasser hinzu. Die Kristalle lösen sich sofort auf. Man kann, zur besseren Verteilung des Wassers auf dem Objektträger, dem Wasser ganz wenig Spülmittel zusetzen oder Wasser/Spiritus 3:1 verwenden. Die Kristallisation setzt, sobald das Lösungsmittel weitgehend verdampft ist, sehr schnell ein. Je langsamer das Lösungsmittel verdampft, umso größer werden die Kristalle.

Die folgenden Bilder sind HDR-Aufnahmen, aus jeweils 3 Bildern unterschiedlicher Belichtung, die mit Photomatix Pro zusammengesetzt wurden. Diese Technik habe ich in früheren Blogbeiträgen schon ausführlich beschrieben. (HDRI-Software). Neben den obligatorischen Polarisationsfiltern wurde ein λ/4-Filter verwendet. Auch diese Technik habe ich kürzlich detailliert besprochen. (Lineare Polarisation). Hier die Ergebnisse:

 

Natriumcarbonat

HDR-Aufnahme von Natriumcarbonat im polarisierten Licht, zusätzlich mit λ/4-Filter.

 

Natriumcarbonat

HDR-Aufnahme von Natriumcarbonat im polarisierten Licht, zusätzlich mit λ/4-Filter.

 

Natriumcarbonat

HDR-Aufnahme von Natriumcarbonat im polarisierten Licht, zusätzlich mit λ/4-Filter.

 

Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle. Im nächsten Blogbeitrag stellen wir uns ein organisches Salz aus Soda und Essig selber her. Es ist das Natriumacetat, das sehr schöne farbige Kristalle bildet. Man benötigt zur Herstellung nur Dinge, die in jedem Haushalt vorhanden sind. Eine spannende Sache.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

H-D-S

p.s. Weihnachten naht, wie wäre es mit einem Kalender voller prächtiger Mikrokristalle als originelles Weihnachtsgeschenk? 
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Titel: Surreale Farbwelten-Mikrokristalle

Autor: Dieter Schenckenberg

Hier die ISBN-Nummern:
Wandkalender 2017 DIN A4 quer ISBN 978-3-664-84126-4

Wandkalender 2017 DIN A3 quer ISBN 978-3-664-84127-1

Wandkalender 2017 DIN A2 quer ISBN 978-3-664-84128-8

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Lineares Polarisationsfilter und λ/4-Plättchen I.

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

wie funktioniert ein λ/4-Plättchen in Kombination mit einem linearen Polarisationsfilter?.

In meinem letzten Blogbeitrag hatte ich Fotos mit dieser Filterkombination gezeigt und erwähnt, daß aus einem linearen Polarisationsfilter ein zirkulares wird, wenn man es mit einem λ/4-Plättchen kombiniert. Um zu beschreiben, was da passiert, müssen wir uns das Phänomen der Polarisation etwas näher anschauen. Da mein Blog von einer sehr breiten Leserschaft gelesen wird, möchte ich auch einige Begriffe erläutern, die physikalisch bewanderten Lesers natürlich vertraut  sind, manchem Leser aber nicht so sehr. Das Thema teile ich wegen des Umfangs in 2 Blogbeiträge auf.

Was Licht genau ist, kann niemand erschöpfend beantworten. Das ist schon einmal tröstlich. Lange hatte man sich Licht als Strahlen vorgestellt. Für die Berechnung von Linsen war und ist dieses Modell sehr dienlich. Manche physikalischen Eigenschaften des Lichts konnten  aber nicht mit dem Strahlenmodell erklärt werden. Dazu gehörte die Polarisation. Die Physiker ersannen daher ein anderes Modell für Licht, das Wellenmodell.  Damit ließ sich auch die Polarisation gut beschreiben.

Stellen wir uns vor, wir hätten einen Lattenzaun mit horizontal angeordneten Latten mit  Zwischenräumen. Durch einen der Zwischenräume spannen wir ein Seil, das wir an einer Wand hinter dem Lattenzaun befestigen. Das andere Ende regen wir an, indem wir es relativ schnell horizontal bewegen. Es entsteht eine horizontal schwingende Welle, die ungehindert den Lattenzaun passieren kann. Würden wir versuchen, das Seil vertikal zum Schwingen zu bringen, könnten die erzeugten Wellen den Zaun nicht passieren. Drehen wir den Lattenzaun aber um 90º, können nun die vertikal schwingenden Seilwellen den Zaun passieren.

Hier eine Skizze dazu:

Skizze einer horizontal und einer vertikal schwingenden Welle

Lichtwellen, wie sie z.B. von der Sonne kommen, führen sinusförmige Schwingen in alle möglichen Richtungen aus. Die in der Skizze dargestellten senkrechten und horizontalen Schwingungen sind also nur ein Ausschnitt aus dem gesamten  Schwingungsspektrum. Filtert man  aus den vielen Schwingungsebenen des natürlichen Lichts eine Schwingungsebene heraus, so spricht man von Polarisation. Die dazu verwendeten Filter nennen wir lineare Polarisationsfilter. Die Schwingungen der Wellen verlaufen rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung. Solche Wellen werden Transversal-Wellen genannt.

Soweit so gut. Was passiert aber, wenn man zwei Polarisationsfilter übereinander legt?  Besitzen beide Filter die gleiche Orientierung, besitzen also die Latten unserer Lattenzäune beide die genau gleiche Orientierung, so können wir erwarten, daß das in ersten Filter polarisierte Licht mit maximaler Intensität das zweite Polarisationsfilter passiert. Drehen wir eines der Filter um 90 ° so „kreuzen sich die Latten“ und sperren das Licht vollständig, die Intensität ist dann Null. Aber was passiert dazwischen?

Hierzu habe ich den folgenden Versuch durchgeführt: Auf ein Smartphone habe ich das Bild eines Winkelmessers geladen. Darüber habe ich eine Polarisationsfilterfolie gelegt, um polarisiertes Licht einer bestimmten Ebene zu erzeugen. (Prinzipiell ist das eigentlich nicht notwendig, denn das von einem Smartphone abgestrahlte Licht ist bereits polarisiert. Es hatte aber nicht die Schwingungsebene die ich wollte. Daher also die  Polarisationsfilterfolie). Über die Folie habe ich ein zweites Polarisationsfilter in Form eines zurecht geschnittenen Zeigers gelegt.

Und so sieht das Ganze im Ausschnitt aus: Der Zeiger steht auf 0º, beide Polarisationsfolien besitzen die gleiche Orientierung. Wir haben die maximale Intensität des passierenden Lichts. (Die leichte Abdunklung ist auf Absorptionsvorgänge der Folien zurückzuführen).

Winkel Null Grad

Winkel 0 Grad. Beide Polarisationsfilter besitzen die gleiche Orientierung. Maximale Intensität.

Im Weiteren habe ich den Zeiger um jeweils ca. 10º gedreht, man beachte die  Veränderung der Intensität:

 

Intensität des Lichts bei ca. 10 Grad.

Intensität des Lichts bei ca. 10 Grad Drehung.

 

Intensität des Lichts bei ca. 20 Grad Verschiebung.

Intensität des Lichts bei ca. 20 Grad Drehung.

 

Intensität des Lichts bei ca. 20 Grad Verschiebung.

Intensität des Lichts bei ca. 30 Grad Drehung.

 

Intensität des Lichts bei ca. 40 Grad Drehung

Intensität des Lichts bei ca. 40 Grad Drehung.

 

Intensität des Lichts bei ca. 50 Grad Drehung.

Intensität des Lichts bei ca. 50 Grad Drehung.

 

Intensität des Lichts bei ca. 60 Grad Drehung.

Intensität des Lichts bei ca. 60 Grad Drehung.

 

Intensität des Lichts bei ca. 70 Grad Drehung.

Intensität des Lichts bei ca. 70 Grad Drehung.

 

Intensität des Lichts bei ca. 80 Grad Drehung.

Intensität des Lichts bei ca. 80 Grad Drehung.

 

Intensität des Lichts bei ca. 90 Grad Drehung.

Intensität des Lichts bei ca. 90 Grad Drehung.

 

Im letzten Bild sind die Filter genau gekreuzt, kein Licht geht mehr hindurch, die Intensität ist Null. Welche Erkenntnisse kann man aus dem Experiment ziehen?

Bei der Betrachtung der Aufnahmen fällt auf, daß die Abnahme der Intensität nicht linear verläuft. Es geht langsam los und steigert sich dann sehr schnell. Und offensichtlich ist, daß der Winkel um den man eine Folie dreht, dabei von ausschlaggebender Bedeutung ist.

Bei einer sinusförmig schwingenden Licht-Welle ist die Amplitude, also die maximale Auslenkung,  ein Maß für die Intensität des Lichts.

Sinusförmig schwingende Lichtwelle.

Sinusförmig schwingende Lichtwelle.

 

I = (Amplitude)² (1)

Man muss die Amplitude ins Quadrat setzen, da ihr Maximum sowohl positiv also auch negativ sein kann, wie die Grafik zeigt. Das Quadrat ist aber immer positiv. Der Amplitude kann der Zahlenwert der Auslenkung zugeordnet werden.  Sie besitzt aber auch eine Richtung, das ist der Ebenenwinkel, in der die Welle  schwingt. Damit ist die Amplitude einer Welle ein Vektor.

Ein kleiner Einschub: Es gibt im Wesentlichen zwei Arten physikalischer Größen, Skalare und Vektoren. Beispiel für eine skalare physikalische Größe: Der Temperatur in einem Raum, sagen wir 20º C kann man keine Richtung zuordnen. Die Richtung spielt für eine Temperaturangabe keine Rolle. Daher ist die Temperatur eine skalare Größe, die auf der Temperaturskala liegt. Beispiel für eine vektorielle physikalische Größe: Um einen Handwagen in eine bestimmte Richtung zu ziehen, benötigen wir eine Kraft. Diese Kraft hat einen bestimmten Betrag. Dazu gehört aber auch eine Richtung. Üben wir die Kraft in eine falsche Richtung aus, kommen wir nicht ans Ziel. Daher setzt sich die Kraft die auf den Wagen ausgeübt wird aus einem Betrag und einer Richtung zusammen. Solche Größen werden  Vektoren genannt. Vektoren werden grafisch durch einen Pfeil dargestellt. Die Länge gibt den Betrag der physikalischen Größe an, der Winkel die Richtung der wirkenden Größe.

Der Vektor der Amplitude ist im Folgenden durch einen roten Pfeil dargestellt. Dabei repräsentiert die Länge des Pfeils den Betrag der Intensität, sein Winkel gibt die Ebene an, in der die Lichtwelle schwingt. Beträgt der Winkel zwischen beiden Polarisationsfiltern 0º, so haben wir die maximale Durchlässigkeit Imax. In einem Koordinatensystem sieht das dann so aus:

 

Maximale Durchlässigkeit, Winkel 0 Grad.

Maximale Durchlässigkeit, Winkel 0º.

 

Verdrehen wir das Filter um 90º, wird der Lichtdurchgang vollständig gesperrt.

 

Vollständige Sperrung bei 90 Grad.

Vollständige Sperrung, Winkel 90º

 

 

Die Projektion des Amplituden-Vektors auf die senkrechte Achse ergibt die durchlässigen Anteile. Die Projektion auf die horizontale Achse ergibt die undurchlässigen Anteile.

 

Durchlässige- und undurchlässige Anteile ergeben sich aus der Projektion des Vektors auf die Koordinatenachsen.

Durchlässige- und undurchlässige Anteile ergeben sich aus der Projektion des Amplituden-Vektors auf die Koordinatenachsen.

Bei einem Winkel von 90º ist die Durchlässigkeit I = 0. Auch cos 90º ist 0.  Bei einem Winkel von 0º ist die Durchlässigkeit I = Imax.   und  cos 0º ist 1.  Wir können daher annehmen, daß der Zusammenhang zwischen Winkel und Durchlässigkeit durch die Cosinus-Funktion korrekt beschrieben wird. Gleichung (1) können wir dann folgendermaßen schreiben:

I = Imax · cos² ∝ (2)

Die mathematische Gleichung deckt sich mit unserer Beobachtung. Bei kleinen Winkeln passiert zunächst noch nicht viel, aber ab dann geht es sehr schnell mit der Abnahme der Licht-Intensität, es ist eine quadratische Abnahme.

Im zweiten Teil kommen wir dann zu unserem λ/4-Plättchen und zum Zirkularpolarisationsfilter.

Vorher aber noch einige Mikrofotos von Brenzcatechin. Dazu wurden einige Kristalle auf einem Objektträger im Methylethylketon gelöst. Nach wenigen Minuten setzt die Kristallisation ein. Vorsicht beim Umgang mit Brenzcatechin. Der Stoff ist giftig und die Kristalle verdampfen recht schnell!  Also nie offen stehen lassen! Nur mit  kleinen Mengen arbeiten.

 

Brenzcatechin im polarisierten Licht, ohne Lambda-Plättchen

Brenzcatechin im polarisierten Licht ohne λ/4-Plättchen.

 

Brenzcatechin im polarisierten Licht, mit Lambda/4-Plättch

Brenzcatechin im polarisierten Licht mit  λ/4-Plättchen.

 

Brenzcatechin im polarisierten Licht mit λ/4-Plättchen.

Brenzcatechin im polarisierten Licht ohne  λ/4-Plättchen.

 

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Brenzcatechin im polarisierten Licht mit λ/4-Plättchen.

Auch die folgenden Aufnahmen sind  Brenzcatechin. Das interessante daran ist, sie stammen, zusammen mit den oberen Aufnahmen, von einem einzigen Objektträger. Ich möchte damit zeigen, wie vielfältig die Motive von Mikrokristallen sein können.

 

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Brenzcatechin im polarisierten Licht ohne λ/4-Plättchen.

 

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Brenzcatechin im polarisierten Licht mit λ/4-Plättchen.

 

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Brenzcatechin im polarisierten Licht ohne λ/4-Plättchen.

Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle. Im nächsten Blogbeitrag folgt der zweite Teil mit der Besprechung des λ/4-Plättchens und des Zirkularpolarisationsfilters.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

H-D-S

p.s.

Wer Freude an schönen Bildern von Mikrokristallen hat, sie aber nicht selber fotografieren will, dem empfehle ich meinen neuen Kalender für 2017, der seit dem ersten Juni im Handel ist.

catalog_577467

Titel: Surreale Farbwelten-Mikrokristalle

Autor: Dieter Schenckenberg

Hier die ISBN-Nummern:
Wandkalender 2017 DIN A4 quer ISBN 978-3-664-84126-4

Wandkalender 2017 DIN A3 quer ISBN 978-3-664-84127-1

Wandkalender 2017 DIN A2 quer ISBN 978-3-664-84128-8

Den Kalender gibt es bei

http://www.amazon.de

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http://www.weltbild.de

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Cumarin ein Duft- und Geschmacksstoff für Mikrokristalle der Extraklasse.

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,
vor etwa zehn Jahren und auch immer mal wieder danach, geriet das Cumarin in den Focus der Presse. Was war der Grund?
Weihnachtsgebäck, und hier besonders Zimtsterne wiesen teilweise einen unzulässig hohen Gehalt an Cumarin auf. Woher kam dieser Stoff? Cumarin ist Bestandteil vieler Naturprodukte. Auch in der Rinde des Zimtbaums ist es enthalten. Im Handel werden 2 Sorten von Zimt angeboten, der Ceylon-Zimt und der viel preiswerteren Cassia-Zimt der u.a. aus China und Indonesien kommt. Letzterer besitzt einen sehr viel höheren Cumarin-Gehalt als Ceylon-Zimt. Die Sorten kann man als Stangen, wenn man sie im Querschnitt betrachtet, voneinander unterscheiden. Beim Ceylon-Zimt sieht man mehrere Röhrchen, die ineinander geschoben sind, wogegen der Cassia-Zimt aus einem einzigen dickeren Röhrchen besteht.

Cumarin kann in höheren Konzentrationen zu Lebererkrankungen führen. Manche Menschen besitzen dafür eine besondere Disposition. Es ist daher verboten, Cumarin als Reinsubstanz in Nahrungsmitteln einzusetzen. Über das Gewürz Zimt zugeführt, hat der Gesetzgeber verschiedene Grenzwerte, abhängig vom Nahrungsmittel festgelegt. (Man darf sich allerdings fragen, wie ein Bäckermeister den Cumarin-Gehalt in seinen Zimtsternen ermitteln will). In der kosmetischen Industrie ist Cumarin als Duftstoff ohne Begrenzung zugelassen, es gibt lediglich ab einer bestimmten Konzentration eine Deklarationspflicht.

Der typische Geruch des Zimts rührt nicht primär vom Cumarin, sondern vom Zimtaldehyd her. Auch im Waldmeister-Aroma spielt das Cumarin eine Rolle. Den ganz typischen Geruch vom Cumarin findet man im frischen Heu.

Hier die chemische Formel:

Cumarin

Cumarin

Mikrokristalle von Cumarin zeichnen sich durch eine sehr vielfältige Farbenpracht unter dem Mikroskop im polarisierten Licht aus. Das gilt besonders, wenn man die Kristalle aus der Schmelze gewinnt. Dabei sollte man aber etwas beachten: Kühlt die Schmelze zu schnell ab, werden die Kristalle sehr fein und sind ziemlich unansehnlich. Man kann zur Gewinnung schöner Kristalle folgendermaßen vorgehen:

Auf einen Objektträger wenige Kristalle geben und mit einem Deckgläschen abdecken. Auf z.B. einer Herdplatte bis zum Schmelzen erwärmen. Cumarin schmilzt schon bei ca. 69 Grad Celsius. Nach dem Abkühlen findet man unter dem Mikroskop meist einen wenig farbigen Kristallbrei. Jetzt mit einem Föhn den Objektträger von unten vorsichtig erwärmen, bis die Kristalle wieder weitgehend, aber keinesfalls vollständig geschmolzen sind. Es kristallisieren meist wunderschöne Kristalle, die von der Form her wie Eisblumen am Fenster aussehen, und die unter dem Mikroskop im polarisierten Licht sehr prächtige Farben zeigen. Man kann diesen Vorgang mehrmals wiederholen und erhält immer wieder andere Farben und Formen.

Und hier ein paar Bilder, die auf diese Weise entstanden sind:

 

Cumarin_01

Cumarin_01

 

Cumarin_02

Cumarin_02

 

Cumarin_03

Cumarin_03

 

Cumarin_05

Cumarin_05

Im Chemikalienhandel kann man Cumarin nur kaufen, wenn man selbständig ist und über einen Sachkundenachweis verfügt. Vielleicht hilft bei Kleinstmengen ein Apotheker, wenn man ihm sagt, was man damit vorhat. Aus Zimtpulver läßt sich Cumarin nur mit relativ großem Aufwand isolieren.

Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle. In meinem nächsten Blogbeitrag geht es um die Köhlersche Beleuchtung.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

H-D-S

 

 

 

 

 

 

 

 

Hallo Freunde der Mikrofotografie

Willkommen auf meinem Blog. Ich möchte in diesem Blog meine Erfahrungen beim Züchten und Fotografieren von Mikrokristallen weitergeben. Mikrokristalle führen den Betrachter in eine faszinierende, farben- und formenreiche Welt. Im Prinzip reichen für den Anfang ein einfaches Schülermikroskop, einige Küchenutensilien, eine kleine Digitalkamera, eine Polarisationsfilterfolie, und ein paar Substanzen wie z.B. Zucker, Zitronensäure oder Weinsäure und schon kann es losgehen.

Ich wende mich besonders auch an Schüler und werde daher in meinem nächsten Beitrag ein Schülermikroskop vorstellen und zeigen, wie man mit  einfachen Mitteln eine Kamera an das Mikroskop adaptieren kann.

Wer meine Fotografien von Mikrokristallen ansehen möchte, kann mal bei der Fotocommunity vorbeischauen:

http://www.fotocommunity.de/fotograf/h-d-s/fotos/1920564

Bis dahin freundliche Grüße

H-D-S