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Polarisation des Lichtes

Polarisationsapparate.

Der einfachste Polarisationsapparat ist die Turmalinzange (Fig. 1); sie besteht aus zwei Turmalinplatten, die mittels Korkscheiben drehbar in Drahtringe gefaßt sind; durch einen mehrfach gebogenen federnden Draht werden sie sanft gegeneinander gedrückt, so daß ein zwischen sie gelegter Gegenstand wie von einer Zange festgehalten wird.

1. Turmalinzange.

Bei Nörrembergs Polarisationsapparat (Fig. 2) dient eine durchsichtige Spiegelglasplatte AB, die mit der Achse Sc des Instruments einen Winkel von 33° bildet, als Polarisator.

2. Polarisationsapparat von Nörremberg.

Das in der Richtung ab einfallende, etwa vom bewölkten Himmel kommende Licht wird zunächst nach unten (bc) gelenkt und von dort durch einen belegten Spiegel c wieder nach aufwärts zurückgeworfen, so daß es, nachdem es die Glasplatte AB durchdrungen hat, zu dem als Polariskop dienenden drehbaren schwarzen Spiegel S gelangen kann. Die zu untersuchenden Gegenstände werden auf das Glastischchen bei A gelegt.

3. Polarisationsapparat von Dove.

Bei Doves Polarisator (Fig. 3) sind Polarisator b und Analysator c Nicolsche Prismen, a ist eine Beleuchtungslinse, d ein Träger für die zu untersuchende Kristallplatte. Für Gegenstände von sehr geringer Ausdehnung benutzt man mikroskopische Polarisationsapparate od. Polarimikroskope. Nörrembergs mikroskopischer Polarisationsapparat (Fig. 4) enthält in den Fassungen A und B zur Beobachtung im parallelen sowie im konvergenten Licht geeignete Zusammenstellungen von Linsen, zwischen die der zu beobachtende Gegenstand, z.B. eine doppeltbrechende Kristallplatte, gelegt wird; eine Holzscheibe (Fig. 4a), in deren Randöffnungen verschiedene Kristallplatten eingesetzt sind, kann auf den Zapfen z aufgesetzt werden.

4. Mikroskopischer Polarisationsapparat von Nörremberg. 4a. Scheibe zum Einsetzen von Kristallen.

Dem polarisierenden schwarzen Spiegel P wird das Licht des Wolkenhimmels durch einen Spiegel S zugeführt, das Nicolsche Prisma C dient als Analysator. Bei Hofmanns Apparat (Fig. 5) bildet ein Nicolsches Prisma mit darunter befindlichem Beleuchtungsspiegel den Polarisator, als Zerleger dient eine dünne Turmalinplatte. Um die Polarisationserscheinungen auf einem Schirm objektiv zu entwerfen, bedient man sich des Apparats von Dubosq (Fig. 6). Als Polarisator dient ein Kalkspatprisma K (Fig. 6a).

5. Mikroskopischer Polarisationsapparat von Hofmann.

Die zu beobachtende Kristallplatte bringt man nach P, wenn man sie konvergierendem, nach P', wenn man sie nahezu parallelem Licht aussetzen will. Durch die Linse L' werden die Strahlen auf einem Schirm wieder vereinigt, nachdem sie zuvor durch das als Zuleger dienende Nicolsche Prisma N hindurchgegangen sind. Die Systeme LS und L'N befinden sich in verschiebbaren Hülsen.

Ein Polarisationsinstrument zur Messung des von den beiden optischen Achsen eines zweiachsigen Kristalls eingeschlossenen Wink eis zeigt Fig. 7.

6. Objektiver Polarisationsapparat von Dubosq.

6a. Einrichtung des Polarisationsapparats von Dubosq.

Die zu untersuchende Kristallplatte wird von der Zange Z gehalten und kann vermittelst zweier durch Mikrometerschrauben zu bewegender Schlittenpaare CJ (des Zentrier- und Justierapparats) und einer Vertikalverschiebung durch die Schraube h' zwischen die beiden optischen Systeme gebracht werden, h dient zur Fixierung der Vertikalverschiebung.

7. Achsenwinkelapparat.

In die Kreisachse ist noch eine zweite, leicht bewegliche, bei i zu drehende Achse eingesetzt, die nach beendeter Vorbereitung für die Messung durch die Schraube i' wieder mit der Kreisachse fest verbunden wird.

8. Optischer Teil des Achsenwinkelapparats.

Der Polarisator P (Fig. 8) mit der Beleuchtungslinse Bl und dem aus drei miteinander verkitteten Linsen bestehenden Kondensor L ist in einer Hülse des Trägerarms N verschiebbar eingesetzt. L₁ ist das Beobachtungsobjektiv, in dessen Bildebene sich ein in Korrektionsfassung (Schrauben s) befindliches Glas mit Einstellungsmarke befindet. Die durch den Knopf k verschiebbare Linse O bildet mit dem verschiebbaren Okular O₁ das Mikroskop zur Beobachtung des bei s entstehenden Interferenzbildes, dessen Größe von der jeweiligen Stellung der Linse O und des Okulars O₁ abhängig ist. r und r₁ sind Hülsen, in die eine Röhre eingesteckt werden kann, an deren innerm Ende eine unter 45° geneigte Spiegelglasplatte befestigt ist, mit Hilfe welcher eine Fläche der zu messenden Kristallplatte parallel zur Umdrehungsachse des Teilkreises, bez. normal (senkrecht) zur optischen Achse des Beobachtungsfernrohrs gestellt werden kann. Die Ausführung einer Messung geschieht derart, daß durch Drehung an den Griffen g' (Fig. 7) zuerst der Mittelpunkt des einen, dann des andern Ringsystems mit der Einstellungsmarke im Beobachtungsrohr zur Deckung gebracht wird. Der Unterschied der beiden Ablesungen gibt alsdann den äußern oder scheinbaren Achsenwinkel, aus dem der wirkliche oder innere leicht zu berechnen ist, wenn der mittlere Brechungsexponent des Kristalls bekannt ist. Ist der scheinbare Achsenwinkel bei Beobachtung in Luft zu groß, um noch gemessen werden zu können, so taucht man den Kristall in ein auf das Tischchen T des Apparats zu setzendes, mit Öl oder einer sonstigen stark lichtbrechenden Flüssigkeit gefülltes Glasgefäß. Stimmt der Brechungsindex der benutzten Flüssigkeit zufällig mit dem mittlern des Kristalls überein, so liest man am Teilkreis bei der Messung unmittelbar den wahren innern Achsenwinkel ab. Für verschiedene Lichtarten oder Wellenlängen ist natürlich der Achsenwinkel auch ein verschiedener, und man ist deshalb meist genötigt, die Messung unter Anwendung homogener Leuchtflammen oder mit Hilfe eines mit dem eigentlichen Meßapparat in Verbindung stehenden Spektralapparats auszuführen. Vgl. auch die Artikel: Kristalloptischer Universalapparat und Mikroskop.

Vorrichtungen zur Bestimmung des Zuckergehalts von Lösungen mit Hilfe der Zirkularpolarisation (s.d.) nennt man Saccharimeter. Am häufigsten gebraucht werden die Halbschattenappardte.

9. Halbschattenapparat von Laurent.

Das Halbschattensaccharimeter von Laurent (Fig. 9) enthält als Polarisator ein Kalkspatprisma A, das mittels des Hebels B um die Achse des Instruments gedreht werden kann; als Analysator ein ebenfalls drehbares Nicolsches Prisma C, dessen Stellung mittels Nonius und Lupe D auf dem Teilkreis EE abgelesen werden kann; die Linsen F und G bilden ein kleines Fernrohr, das auf die runde Öffnung bei H einzustellen ist. Zwischen Polarisator A und Analysator C ist eine dünne, zur optischen Achse parallel geschliffene Quarzplatte Q (Fig. 10) eingeschoben, welche die Hälfte des Gesichtsfeldes bedeckt und deren Dicke so bemessen ist, daß der Gangunterschied der beiden durch Doppelbrechung in ihr entstehenden Strahlen eine halbe Wellenlänge des gelben Lichtes beträgt.

10–13. Halbschatten.

Der Apparat wird nämlich durch das gelbe Licht einer Natriumflamme, d.h. einer Bunsenflamme, die durch einen mit Natriumsalz beschickten Platinring hindurch, brennt und hinten und seitlich durch einen undurchsichtigen Zylinder abgeschlossen ist (Fig. 14), beleuchtet, das, ehe es auf den Polarisator trifft, noch durch eine Platte J (Fig. 9) von doppeltchromsaurem Kali gehen muß, damit möglichst einfaches gelbes Licht nach A. gelangt. Steht nun die Schwingungsebene des Polarisators in der Richtung OB (Fig. 10), so daß sie mit der Achsenrichtung OA der Quarzplatte einen Winkel a bildet, so kann man für die freie (rechte) Hälfte des Gesichtsfeldes die Schwingung OB in die beiden Teilschwingungen OA und Ob zerlegt denken, für die von der Quarzplatte bedeckte (linke) Hälfte aber in die Teil Schwingungen OA und Ob', deren letztere wegen des durch die Quarzplatte ihr erteilten Gangunterschieds von einer halben Wellenlänge der Schwingung Ob gerade entgegengesetzt ist.

14. Natriumbrenner.

Die Teilschwingungen OA und Ob' geben durch ihr Zusammenwirken in der linken Hälfte des Gesichtsfeldes die Schwingungsrichtung OB', während in der rechten Hälfte die ursprüngliche Schwingungsrichtung OB unverändert bestehen bleibt. Stellt man nun die Schwingungsebene des Analysators nach Oc senkrecht zu OB (Fig. 11), so wird die rechte Hälfte des Gesichtsfeldes völlig verdunkelt, während die linke noch Licht durchläßt; wird dagegen die Schwingungsebene des Analysators in die Lage Oc' (Fig. 12) senkrecht zu OB' gebracht, so wird die linke Hälfte dunkel, die rechte hell erscheinen; stellt man endlich jene Schwingungsebene (OP, Fig. 13) senkrecht zu OA, so zeigen beide Hälften gleiche Helligkeit. Diese letztere Stellung entspricht dem Nullpunkte der Teilung, und man sieht, daß sofort ein schroffer Wechsel der Helligkeiten der beiden Hälften des Gesichtsfeldes eintreten muß, wenn man den Analysator aus dieser Stellung nach der einen oder der andern Seite dreht. Schaltet man zwischen der Öffnung H (Fig. 9) und dem Analysator eine mit Zuckerlösung gefüllte Röhre (Fig. 15) ein, während der Analysator auf Null steht, so werden die beiden Hälften des Gesichtsfeldes ungleich hell erscheinen, weil die Zuckerlösung die beiden Schwingungsrichtungen OB und OB' in gleichem Sinn (nach rechts) um einen gewissen Winkel dreht, und man muß, um wieder gleiche Helligkeit herzustellen, den Analysator um denselben Winkel drehen. Aus diesem Drehungswinkel ergibt sich die im Liter Lösung enthaltene Zuckermenge.

15. Röhre zur Aufnahme von Flüssigkeiten.

Wesentlich genauer ist der Halbschattenapparat von Lippich (Fig. 16). Hinter dem Polarisator N₁ (Fig. 16a) ist ein zweites Nicolsches Prisma N₂ gesetzt in etwas verdrehter Stellung gegen N₁, das die Hälfte des Gesichtsfeldes bedeckt.

16. Einfacher Halbschattenapparat nach Lippich. 16a. Optische Einrichtung eines Halbschattenapparats nach Lippich.

Dahinter befindet sich die Blende D, auf die das aus dem Objektiv O und dem Okular R bestehende Beobachtungsfernrohr scharf eingestellt wird. Vor dem Objektiv befindet sich der Analysator N₃, der sich mit dem Fernrohr drehen läßt, so daß man die eine oder andre Hälfte des Gesichtsfeldes auslöschen kann. Der Winkel zwischen diesen beiden Auslöschungsstellungen wird kurz als ›Halbschatten‹ bezeichnet. Bei einer mittlern Stellung des Analysators erscheinen beide Hälften des Gesichtsfeldes gleichmäßig halbdunkel, wie bei Fig. 13. Bei einer vollkommnern Form des Instruments ist das Gesichtsfeld dreiteilig, indem hinter dem Polarisator, sowohl rechts als links, ein im Drittel des Gesichtsfeldes bedeckender Nicol angebracht ist. Noch genauer ist Lummers Kontrastpolarimeter, bei dem 4 Nicols zur Anwendung kommen, derart, daß hinter dem Nicol N₂ in Fig. 16 a sowohl rechts als links je ein kleiner Nicol gesetzt wird, der ein Viertel des Gesichtsfeldes verdeckt, so daß dieses in vier Felder von verschiedener Helligkeit geteilt scheint. Man stellt nicht auf Gleichheit der Helligkeit ein, sondern auf gleiche Helligkeitsunterschiede der beiden Paare von Feldern. Bei genauen Untersuchungen wird, um möglichst reines Natriumlicht zu erhalten, außer der Kaliumbichromatlösung eine solche von Uranosulfat (Lippichs Natriumlichtfilter) vorgeschaltet.

Zur Beobachtung bei weißem Licht, die natürlich wenig genau ist, eignet sich Soleils Saccharimeter (Fig. 17). Es enthält auf dem Gestell K zwischen den beiden Nicolschen Prismen S und T, deren Schwingungsebenen ein für allemal parallel gestellt sind, eine zur Hälfte aus rechts-, zur andern Hälfte aus linksdrehendem Quarz zusammengesetzte Doppelplatte bei r. Die beiden Hälften sind gleich dick, zeigen also die gleiche Farbe (neutrales Violett), und zwar ist die Dicke so gewählt, daß eine geringe Drehung der Polarisationsebene möglichst auf fällige Verschiedenheiten rechts und links erzeugt, rot und grün (empfindliche Farbe). Die Farbenänderung, welche die bei m eingeschaltete, mit zuckerhaltiger Flüssigkeit gefüllte Röhre (Fig. 15) hervorbringt, wird nicht durch Drehung des Analysators T ausgeglichen, sondern durch den bei ce angebrachten Kompensator (Ausgleicher, Fig. 17a).Die aus m austretenden Strahlen gehen nämlich zuerst durch eine rechts drehende Quarzplatte Q und dann durch zwei aus links drehendem Quarz geschnittene Keile NN', die mittels eines Triebes b (Fig. 17) gegeneinander verschoben werden können. Diese wirken wie eine links drehende Quarzplatte, deren Dicke innerhalb gewisser Grenzen nach Belieben verändert und zwar derjenigen der rechts drehenden Platte Q gleich oder größer oder kleiner gemacht werden kann. Die Veränderung der Dicke kann mittels des Zeigers v an dem kleinen Maßstab e bis auf 0,01 mm abgelesen werden. Nachdem man den Farbenunterschied zwischen den beiden Hälften der Doppelplatte, den die Zuckerlösung vermöge ihrer Rechtsdrehung hervorbringt, durch den Kompensator ausgeglichen hat, erfährt man durch Ablesung des Maßstabes die Dicke einer Quarzplatte, die dasselbe Drehungsvermögen hat wie die Zuckerlösung, und da man weiß, daß eine Zuckerlösung, die auf 100 ccm 16,35 g Zucker enthält, in der 20 cm langen Röhre eine ebenso starke Drehung bewirkt, wie eine 1 mm dicke Quarzplatte, so braucht man nur die abgelesene Zahl mit 16,35 zu multiplizieren, um das in 100 ccm enthaltene Zuckergewicht zu kennen.

17. Saccharimeter von Soleil. 17a Kompensator.

Wenn die zu untersuchende Flüssigkeit gefärbt ist, so erscheinen die beiden Plattenhälften in einem andern, weniger empfindlichen Farbenton; es wird daher an dem Apparat noch eine aus einer Quarzplatte und einem Kalkspatprisma bestehende Vorrichtung zum Erzeugen des jeweils empfindlichsten Farbentons beigegeben.

Das Polaristrobometer von Wild enthält ein Savartsches Polariskop; dies besteht aus zwei unter 45° zur optischen Achse geschnittenen, 20 mm dicken Quarzplatten, deren Hauptschnitte sich rechtwinklig kreuzen und mit der Schwingungsebene des Okularnicols Winkel von 45° bilden. Außerdem befinden sich in dem Rohr noch Linsen, die wie ein schwach vergrößerndes astronomisches Fernrohr wirken. Blickt man durch dieses Polariskop nach dem Polarisator, so erscheinen im allgemeinen geradlinige farbige Interferenzstreifen. Steht der Polarisator so, daß seine Schwingungsebene mit einem der Hauptschnitte des Quarzplattenpaars zusammenfällt und sonach mit der Schwingungsebene des Okularnicols einen Winkel von 45° bildet, so sind die Streifen verschwunden; sie erscheinen aber sofort wieder, wenn man die mit der wirksamen Flüssigkeit gefüllte Röhre einlegt. Nun dreht man den Polarisator so lange, bis die Streifen wieder verschwunden sind, und kann dann an einer daran angebrachten Kreisteilung die Drehung ablesen, die derjenigen der Flüssigkeit gleich und entgegengesetzt ist. Diese Einstellung auf das Verschwinden der Streifen läßt sich mit großer Schärfe ausführen, namentlich im dunkeln Zimmer bei Beleuchtung mit homogenem Natriumlicht.

Chromatische Polarisation.