Cellofaan onder gepolariseerd licht

Datum: November 2018

Uitvoering: Caleidoscopisch effect creëren

Materiaal:  
  • Diaraampjes met en zonder glas
  • Bioscoop 3D bril
  • Lichtbron (bv Huion lichtbak)
  • Schaar
  • Polarisatiemicroscoop met camera

Uitvoering:

 
  • Knip cellofaan in kleine stukjes en plaats deze in een diaraampje met glas.
  • Verwijder de glazen uit een 3D Bril.
  • Knip deze een beetje op maat en plaats ze in een diaraampje.
  • Bepaal het uitdovingspunt van de twee raampjes met polarisatiefilters.
  • Plaats het raampje met cellofaansnippers tussen de twee met poalrisatiefilters.
  • Plaats het geheel op de lichtbak en observeer.

Resultaten:

Lichtbak en diaraampjes
Onderstaande foto's zijn  met een polarisatie microscoop op lage vergroting gemaakt door het diaraampje te bekijken met  gekruiste en niet-gekruiste polarisators.

Discussie:

Cellofaan is een van die materialen die prachtige plaatjes onder de polarisatiemicroscoop kunnen opleveren. Eerlijk gezegd dacht ikzelf dat men dit materiaal niet meer gebruikte en dat het vervangen was door kunststof. Na een beetje spitten bleek dit totaal niet het geval te zijn. Het wordt nog steeds veel gebruikt als verpakkingsmiddel (stroopwafels!) en men kan vellen kopen in hobby- en vliegerwinkels.
 

De kleurenpracht die we waarnemen wordt veroorzaakt door polarisatie.
 
Licht is een elektromagnetisch golfverschijnsel waarbij de trillingsrichting loodrecht op de voortplantingsrichting staat. Een elektrische en een magnetische vector trillen daarbij loodrecht t.o.v. elkaar. In een 'normale' lichtbundel zijn tegelijkertijd alle trillingrichtingen aanwezig. Onder gepolariseerd licht verstaan we licht, waarbij in de bundel slechts een trillingsrichting aanwezig is. Gepolariseerd licht maakt je door een lichtbundel als het ware te filteren waardoor er nog slechts een enkele trillingsrichting overblijft. Door licht door een calciumcarbonaat kristal te laten vallen krijgt men licht met nog slechts twee trillingsrichtingen die loodrecht op elkaar staan.  Door nu van de eigenschappen van twee van zulke kristallen gebruik te maken kunnen we licht uitdoven (2 polaroid filters onder een rechte hoek op elkaar gelegd) of maximaliseren. Door nu de het tweede kristal te voorzien van een draaimechanisme met afleesmogelijkheid maken we een polarimeter, die ons in staat stelt om de draaiingshoek te bepalen. Schematisch weergegeven in onderstaande figuur
 
In bovenstaande verhaal hebben we het principe uitgelegd, wat we daar niet echt verklaard hebben is waar de kleurenpracht vandaan komt. De dikte van het materiaal, de golflengte van het licht maar vooral het verschil in brekingsindex tussen de lange en de korte as van de kristallen waaruit een materiaal mis opgebouwd spelen een rol. Het verschil in brekingsindex bepaalt de dubbelbreking (licht wordt in twee kleuren gebroken). De golflengte van het licht bepaalt echter de grootte van de dubbelbreking. Hoe korter de golflengte van het licht, hoe groter het effect. Bij het gebruik van wit licht als bron voor de polarisatiemicroscoop is het dubbelbrekende effect en dus de intensiteit van het uittredende licht voor elke kleur (golflengte) anders. De dikte van het kristal speelt ook een rol aangezien een kristal met een zekere dikte een bepaalde kleur buiten de uitdovingsrichtingen geeft, terwijl een kristal met een niet constante dikte een variërend kleurenpatroon oplevert. Tijdens het uitkristalliseren ontstaan er ook veel kleine kristallen die op elkaar groeien, ieder met hun eigen oriëntatie en daardoor een eigen ellips van doorsnede. Al deze factoren tesamen bepalen de kleurenpracht die men kan waarnemen

Literatuur:

  • R.J. Flink; 'Fysische Optica'; Nijgh & Van Ditmar; 1992; 1ste druk; ISBN 9023606728; p. 82-110.

Relevante websites:

Minder relevante websites:

Opmerkingen:

  • Bioscoop 3D Brillen zijn een relatief goedkope bron voor polarisatiefilters.

Achtergrondinformatie:

Cellofaan is een dunne, transparante film die, zoals de naam al aangeeft, gemaakt is van cellulose. Cellulosevezels van hout, katoen of hennep worden opgelost in een basische oplossing om zo een oplossing genaamd viscose te maken. Dit wordt vervolgens geëxtrudeerd door een spleet in een zuurbad om de viscose weer om te zetten in cellulose. Men kan redelijk eenvoudig cellofaan onderscheiden van kunststof:

  • Het scheurt als papier.
  • Het knispert bij het in elkaar frommelen.
  • Bij het vouwen springt het niet gelijk terug.
  • Het heeft een helder uiterlijk en voelt glad en prettig aan.
  • Het voelt harder aan dan plastic folie
  • Het rekt niet of nauwelijks bij belasting in tegenstelling tot plastic folie

28/12/2018