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Island Spar: The Rock, die entdeckt Optics

2013-12-12 16
   
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résuméEs ist nicht Bewegungsunschärfe, es ist Iceland spar! Jedes Jahr kann ich nicht, was ich will zu Weihnachten denken. Also in diesem Jahr, war ich ziemlich aufgeregt nach Hause zu kommen und sagen, meine Frau, "Ich weiß genau, was ich will zu Wei
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Island Spar: The Rock, die entdeckt Optics


Es ist nicht Bewegungsunschärfe, es ist Iceland spar!

Jedes Jahr kann ich nicht, was ich will zu Weihnachten denken. Also in diesem Jahr, war ich ziemlich aufgeregt nach Hause zu kommen und sagen, meine Frau, "Ich weiß genau, was ich will zu Weihnachten. Ein schönes großes Stück Islandspat. "Ich schickte ihr sogar einen Link, um es einfach. (Es ist sicherlich eine Anmerkung zu unserer Zeit, die ich schickte einen Text-Link durch den Raum, um meine Frau.)

"Wirklich? Sie möchten einen $ 100 Rock zu Weihnachten? ", Fragte sie. Ich überlegte, zu erwähnen, dass der Preis des Felsens ich will, ist ein winziger Bruchteil des Preises der Rock sie will, aber überlegte es sich, weil sie mir die aussehen sie mir manchmal geben. Wissen Sie, das Aussehen, die sagt, dass sie weiß, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt gab es einige Grund, warum sie mich gewählt, aber in diesem Augenblick nicht mehr, wenn die Zeit war noch, dass die Vernunft.

Stattdessen begann ich zu erklären, wie Island Spar ist wahrscheinlich der coolste, wichtigste Substanz je. Wie die Wikinger es wahrscheinlich verwendet, um Amerika zu finden. Wie Islandspat war ein Schlüssel zu entdecken, was Licht eigentlich war. Dass jeder großen Namen in der Optik von Huygens, Newton, um Fresnel und sogar Edwin Land (von Polaroid Ruhm) verwendet Island Spar. Wie ein Mangel an Iceland spar in den späten 1800er Jahren wurde als Notfall von nahezu allen Industrienationen. Das Island Spar geholfen gewinnen Zweiten Weltkrieg und die Dinge unsichtbar machen.

Natürlich, bevor ich konnte sie auch nur die Hälfte von dem Zeug zu erzählen, rollte sie mit den Augen und rümpfte die Nase, wie sie es tut, wenn die Hunde oder ich etwas in dem Haus, das sie fühlt sich am besten außerhalb von links nach weiteren zersetzt werden zu bringen. Sie hat Blick auf den Link Ich schickte, obwohl, weil sie fragte: "Warum hat etwas namens Islandspat aus Mexiko gekommen?"

Ich bin mir ziemlich sicher, dass sie nicht besonders daran interessiert, die Antwort, denn sie begann sofort zu sprechen für sich. Etwas an, ob es reif, Männchen erwachsen überall auf dem Planeten. Meine Antwort, dass sie in der Nähe von Atlantis hob Einhörner, hat offenbar genug "allein Zeit" erstellt für mich diesen Beitrag zu schreiben und Ihnen sagen, all die coolen Sachen habe ich nicht bekommen, ihr zu sagen. Und ein Stück Island Spar, um zu bestellen, denn ich bin ziemlich sicher, es wird nicht unter dem Baum zu sein.

Also, was ist Islandspat?

Island Spar ist ein Kristall von Calcit (Calciumcarbonat). Calcit ist ein recht häufiges Mineral und wird in einer spektakulären Farbpalette durch die Verunreinigungen enthält es verursacht.

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http://gwydir.demon.co.uk/jo/minerals/alphabet.htm

Island Spar ist ziemlich einzigartig unter den Calcite. Es enthält keine Verunreinigungen, so dass es fast farblos und transparent für sowohl sichtbares als auch ultraviolettes Licht. Jahrhundertelang war die einzige Quelle dieser reinen Calcit in der Nähe Reydarfjördur Fjord im Osten von Island befindet, daher die meisten der Welt nannte es Iceland spar (spar bedeutet einen Kristall mit glatten Oberflächen). Die Isländer nur nannte es silfurberg, was bedeutet, Silver Rock.

Ein Kristall aus Island Spar hat zwei sehr interessante Eigenschaften. Zunächst ist es eine natürliche Polarisationsfilter. Zweitens, wegen seiner natürlichen Polarisation, Holm Island doppelbrechend, was bedeutet, Lichtstrahlen in die Kristall polarisiert, geteilt, und nehmen Sie zwei Wege, um den Kristall zu verlassen - die Schaffung eines Doppel Bild eines Objekts durch den Kristall zu sehen.

Es gibt gute Hinweise, dass die Wikinger die polarisierende Wirkung der Iceland spar, um den Nordatlantik zu navigieren. Die ständige Nebel und Nebel im Nordatlantik oft machen die Navigation durch Sterne oder Sonnen unmöglich. Die Wikinger namens Iceland spar ein "Sonnenstein", weil die polarisierende Wirkung kann verwendet werden, um die Richtung der Sonne, auch bei dichtem Nebel und bewölkten Bedingungen zu finden. Es kann sogar die Richtung der Sonne zu finden, wenn die Sonne ist eigentlich unter dem Horizont, so passiert, wenn Sie oberhalb des Polarkreises Segeln sind.

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Die polarisierende Wirkung Islandspat können die Sonne genau zu lokalisieren sogar durch schwere Wolken oder Nebel. Wenn Sie ein Viking. Ich habe es ausprobiert und hatte überhaupt keinen Erfolg. Credit: ArniEin, Wikipedia Commons

Der zweite interessante Eigenschaft Islandspat ist Doppelbrechung, was bedeutet, es bricht das Licht in zwei getrennte Bilder, ist stärker spürbar. Das Doppelbild kann nur scheinen mild interessant für Sie und mich. Aber es stellte sich die wissenschaftliche Welt (zumindest der optische Teil davon) auf den Kopf zurück in den 1600er Jahren.

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Ein Stück Iceland spar auf meinem Arbeitstisch, doppelbrech die Gitternetzlinien.

Island Spar und die Theorien des Lichts

Rasmus Bartholin Kopenhagen machte die ersten schriftlichen Berichte über isländische Holm in 1669. Zu der Zeit, Snell Brechungsgesetz waren bekannt. Snells Gesetz sagte eine regelmäßige Kristall würden Lichtstrahlen beugen einer gegebenen Menge und es gab eine schöne Formel, diesen Betrag zu berechnen. Aber Bericht Bartholins zeigte, dass Iceland spar gebogenen Licht zwei unterschiedlichen Mengen, die Schaffung von zwei unterschiedlichen Bildern. Dies schien Snell-Gesetz zu brechen.

Innerhalb weniger Jahre hatte Bartholin-Ergebnisse in ganz Europa und Wissenschaftlern diskutiert worden (sie würden sich Naturphilosophen genannt haben damals) wurden für die Proben von Island betteln Holm. (Sie hatten, um von Menschen in Dänemark, wie Bartholin betteln, weil Island war Teil des dänischen Königreichs.) Unter den Bettel waren Christiaan Huygens und Isaac Newton.

Christiaan Huygens, zusätzlich zu den Ursprung Troy Polamalo die Haare schneiden, war ein unglaublich brillant und produktiven Menschen. Er entdeckte die Formel für die Zentripetalkraft, erfand die Pendeluhr und die Taschenuhr und Saturnringe und größte Mond (Titan) sowie den Orionnebel entdeckt.

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Christiaan Huygens (links) und Troy Polamalo. Zufall?

Huygens verbrachte über ein Jahr mit Island experimentieren Holm nach Bartholin schickte ihm einige Proben. Er entdeckte, dass die Inbetriebnahme eines zweiten Stück isländische Holm über das erste Stück hat noch kein 4 Bilder aus den beiden durch das erste Stück von Holm zu sehen. In der Tat, durch Drehen eines zweiten Teils gegenüber dem ersten, konnte er machen, eine der ursprünglichen zwei Bilder ausgeblendet.

Der Grund, warum wir heute wissen, ist, dass Island Spar ist eine natürliche Polarisator. Es spaltet das einfallende Licht in zwei polarisierte Strahlen, so dass zwei Bilder. Durch die Verwendung eines zweiten Stück Islandspat er könnte entweder der polarisierten Bilder von dem ersten Stück Ursprung blockieren. Ich habe nicht ein zweites Stück Iceland spar handlich, aber ich kann die gleiche Sache Huygens haben, indem Sie einen Polarisationsfilter auf meinem Objektiv zu tun. Je nachdem, welche Art, wie ich den Polarisator drehen kann ich eine der beiden gebrochenen Bildern zu eliminieren.

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Bild durch Island Holm (links), und dann zwei Bilder mit Polfilter aufgenommen.

Huygens beschlossen die beiden Brechungen wurden am besten durch Betrachtung Licht eine sphärische Wellenfront erklärt; daß der Kristall getrennt die Wellen aufgrund der unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Wellen zwei leicht unterschiedlichen Richtungen. Er entwickelte Formeln mathematisch zu beschreiben, die Geometrie solcher Wellen, die viel moderner geometrischen Optik stammt. Leider seine Wellentheorie des Lichts war nicht weit zu der Zeit angenommen, zum Teil, weil seine Longitudinalwellen nicht wirklich erklären, Doppelbrechung sehr gut. Seine Formeln zur geometrischen Optik wurden angenommen, aber, weil sie in der Regel funktioniert.

Isaac Newton hatte bereits festgestellt, dass weißes Licht aus verschiedenen Farben und die verschiedenen Farben gebrochen unterschiedliche Mengen (was wir jetzt als der chromatischen Aberration zu denken). Er hatte beschlossen, dass das Licht nicht Wellen, sondern vielmehr "Körperchen" oder Partikeln (was auch richtig ist). Er bewies, dass Huygens Wellentheorie konnte nicht wirklich die Doppelbrechung des isländischen Holm erklären. Stattdessen behauptete er, die Doppelbrechung ist aufgetreten, da Lichtteilchen hatte zwei Seiten, und die Kristall diese Seiten getrennt. Newton konnte nicht beweisen, natürlich, aber sein Ruf sein, was es war die Menschen im Allgemeinen akzeptiert, für die nächsten 100 Jahre oder so.

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Isaac Newton

Islandspat also dazu beigetragen, die ursprüngliche Entwicklung sowohl der Welle und Teilchen Theorien des Lichts als die großen optischen Wissenschaftler des Tages versucht, die Doppelbrechung zu erklären. Seltsamerweise erklärte weder Theorie Doppelbrechung sehr gut. Zu dem Zeitpunkt waren beide Theorien teilweise richtig und teilweise unvollständig. Sie würden auf diese Weise für noch mehr als ein Jahrhundert, bis Thomas Young kam.

Junge auf jeden Fall erwies sich die Wellennatur des Lichts in 1801 in einer Reihe von Experimenten, die (leider) nichts mit Islandspat tun hatte. Bald nach, dass, obwohl, ein Französisch Wissenschaftler, Etienne Louis Malus, bemerkte die Polarisationseffekte von Island Holm als er gedreht wird, und schaute auf Sonnenlicht aus verschiedenen Blickwinkeln. Er experimentierte mit ihm und schließlich Malus 'Gesetz, das die Stärke eines polarisierten Lichtstrahl vorhersagt, wenn sie durch eine andere Polarisator entwickelt.

Ein Jahrzehnt später, jung und Augustin Jean Fresnel (der Fresnel-Linse Ruhm) schließlich erklärte die Polarisation des isländischen Holm. Als sie von Lichtwellen als Quer (wie Wellen in einem Teich) keine Längs (wie ein Slinky) dachte, dann Polarisation der Wellen möglich war, erklärt die Doppelbrechung von Island Spar. Es war fast 150 Jahre nach Huygens, die Jung und Fresnel schließlich entwickelte eine Wellentheorie des Lichts, die Polarisation und Doppelbrechung erklärt.

Mit polarisiertem Licht

Es war einmal ein gutes Verständnis davon, wie Iceland spar polarisiertes Licht, dauerte es nicht lange, bevor die Menschen setzen diese neuen Erkenntnisse in die Praxis. Mit einfachen Stücken Islandspat Wissenschaftler des Tages entdeckt, dass die Atmosphäre polarisierten Sonnenlicht, dass Licht von einem Kometenschweif polarisiert wurde, Mondlicht war teilweise polarisiert, und bestimmte Chemikalien in der Lösung wurde auch polarisiert.

Das Nicol wurde 1828 von erfunden, nicht überraschend, William Nicol. Es bestand aus zwei Keilen der isländischen Holm zusammen mit einer Schicht aus kanadischen Balsam beigetreten. Wenn Licht in ein Ende glänzte der Holm teilen Sie die Strahlen. Wegen der zwei Brechungswinkel, verlßt ein Strahl das Ende des Prisma als polarisiertes Licht. Der andere wurde außerhalb des Prisma gebrochen und absorbiert.

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Nicol: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/

Das Wollaston-Prisma wurde etwas anders ausgerichtet ist und zwei Strahlen aus polarisiertem Licht emittiert. Dutzende von anderen Arten von Polarisationsprismen über die nächsten paar Jahre entwickelt.

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Wollason Prisma. Fgalore, Höflichkeit Wikipedia Commons.

Die Wissenschaftler hatten nun eine Quelle für polarisiertes Licht, um mit zu spielen, und mit ihm spielen sie taten. Photometer und Spektralphotometer (Instrumente, die Lichtintensität und Charakter gemessen) entwickelt. Sie wurden sowohl in reiner wissenschaftlicher Forschung und in der chemischen Industrie verwendet. Polarimeter (Instrumente, die die Änderung von polarisiertem Licht, das durch Lösungen misst) erfasst die Anwesenheit und maß die Konzentrationen, bestimmte Chemikalien in Lösungen.

Die chemische Synthese, Extraktionen und Reinheitsanalyse explodierte in der Mitte der 1800er, vor allem weil dieser Instrumente. Die Zuckerindustrie war voll von Betrug vor der Entwicklung der polarimeter, aber sobald sie verfügbar wurden genaue Messungen der Zuckerkonzentration vorgenommen werden könnten. Chemiker könnte genau untersuchen Konzentrationen zum ersten Mal, so dass sie eine Vielzahl von Substanzen zu reinigen. Arzneimittel vom Boden aus Kräutern unbekannter Konzentration verändert, um Zubereitungen mit bekannter Stärke gereinigt.

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Ende 1800 Polarimeter. http://antiquesci.com/

Polarisierten Mikroskope wurden in der Biologie und der Medizin, sondern auch in der Geologie, die Echtheit der Edelsteine ​​und Kristalle zu bewerten. Für Fotografen und Astronomen wurden gekreuzten Polarisatoren verwendet werden, um optische Glaslinsen und zu bewerten. Mängel und Fehlstellen im Glas, um eine visuelle Überprüfung sichtbar wurden, zeigten sehr deutlich, wenn sie von Polarisatoren untersucht.

Es gab sogar frühen Versuche, verwenden Iceland spar zur 3-D-Bildgebung zu erstellen. Im Jahre 1894, ein britischer Physiker John Anderton patentierte ein System, das gepaarten Bilder durch Zauberlaternen jeweils mit Nicol-Polarisatoren in verschiedenen Orientierungen ausgestattet Projekt. Ein Betrachter mit entgegengesetzten orientierten Prismen er ein 3-dimensionales Bild zu reproduzieren. Während das System würde in der Theorie zu arbeiten, war es wahrscheinlich zu sperrig und teuer in der weit verbreiteten Einsatz überhaupt zu gewinnen. (Edwin Land erstellt ein ähnliches System in den 1930er Jahren mit seiner polarisierten Film.)

Jeder dieser wissenschaftliche Instrumente verwendet Prismen von Island gemacht Holm mit polarisiertem Licht zu schaffen. Island Spar war nicht mehr eine wissenschaftliche Neugier; es war eine große Industriekomponenten in Tausenden von Messgeräten verwendet. Mit nur eine Quelle der Kristalle, war es nicht verwunderlich, dass erhebliche Mängel an Islandspat aufgetreten. Die Situation wurde so stark, dass europäische Instrumentenbauer bekam die Regierungen von Deutschland und Frankreich zu einer erhöhten Bergbau in Island beantragen, aber die Mine war fast verbraucht.

Neue Quellen wurden zum ersten Mal in Südafrika und später in Mexiko, den USA und Südamerika. Auch bei diesen neuen Quellen wurde die Zufuhr immer begrenzt. Weltweit Bergbau produziert ein paar Tonnen optischer Qualität Islandspat höchstens jedes Jahr. Zum Beispiel kann die Mine in Taos County, New Mexico produziert £ 850 (nicht Tonnen, Pfund) Islandspat 1939.

Islandspat Geht Moderne

Edwin Land Erfindung der Polarisationsfolien und Folien im Jahr 1928 half der Islandspat Knappheit zu lindern, auch wenn polarisierende Film war nur in bestimmten Anwendungen nützlich. Einige andere polarisierende Kristalle, natürlichen und künstlichen, wurden ebenfalls entwickelt. Aber Islandspat weiterhin in einer Vielzahl von optischen Instrumenten verwendet werden und blieben in der großen Nachfrage während des 20. Jahrhunderts.

Durch ein interessanter Zufall, erstellt Edwin Land einige dieser Forderung. Als die Vereinigten Staaten in den Ersten Weltkrieg, einer der ersten Bedürfnisse war eine kleine, präzise Visier für seine Kampfflugzeuge und Flugabwehrgeschütze. Luftpistole Sehenswürdigkeiten waren zu der Zeit große sperrige Affären mit Prismen und Linsen. Land erfand das optische Ringkorn, das aus zwei Lagen Polarisationsfilm und zwei optische Wellenplatten, zwischen denen ein Kristall aus Island Spar bestand. Island Spar wurde als eine strategische Ressource von der US-Regierung, die klassifiziert Studien getan hatte die Beurteilung der Islandspat Minen von süd- und mittelamerikanischen Ländern.

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Zeichnungen von US-Patent 2420252-0 für eine polarisierte 'Ringkorn ". Wenn das Ziel in der Position die Polarisation zeigt aktive Fadenkreuz.

Optische Calcit-Polarisatoren werden heute als Polarisatoren und Strahlteiler in den Laser und Faseroptik Industrie eingesetzt. Sie können immer noch Geräte, Nicol und Wollaston-Prismen enthalten heute finden, aber die derzeit am häufigsten Verwendung von Calcit-Kristalle ist in Glan-Typ Prismen. Diese können sehr hohe Leuchtdichte zu widerstehen und werden verwendet, um Laserlicht zu polarisieren. Quarz und Kunststoffmaterialien lassen sich vielseitig verwenden, aber nicht alle diese Anwendungen und synthetische Calcit bleibt teuer und schwierig herzustellen. Die meisten der optischen Kalzitkristalle heute verwendet werden abgebaut wie sie waren in den alten Tagen, weshalb Islandspat Kristalle bleiben ziemlich teuer.

Der vielleicht interessanteste moderne Forschung unter Verwendung optischer Kalzit ist, um tatsächlich die Dinge unsichtbar. Forscher haben festgestellt, dass mit einem Paar geformter Kalzitkristalle in bestimmten Medien, können sie wirksam zu machen kleine Objekte in sichtbares Licht verschwindet. Licht, das von hinter dem Objekt biegt rechts um ihn herum, während sie durch die beiden Kristalle. Von vorne, es ist, als ob das Objekt nicht dort gesehen. Wenn Sie es nicht gesehen haben, gibt es ein Video davon, wie in der 2013-Technologie, Bildung und Design Conference gezeigt HIER. Es ist ziemlich erstaunlich.

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Mit Hilfe von zwei Calcit-Kristalle in bestimmten Medien wird das Objekt zwischen ihnen (a gerollt rosa Post-it in diesem Fall beachten) verschwinden. Kredit Baile Zhang, Nanyang Technological University

So dort haben Sie es

Natürlich habe ich es geschafft, ein Stück Island Spar zu bekommen. Aber ich hätte nichts dagegen, eine zweite, so ist es immer noch auf meine Weihnachtsliste. Vielleicht habe ich einige lustige Tricks mit verschwindenden Linien und wie tun konnte. Bis dahin haben wir schon legte die Original-Stück für einen guten Zweck Richtfest des Lensrental Tech Zimmer Weihnachtsbaum.

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Und wenn es ein optisches Aussenseiter auf Ihrer Weihnachtsliste - Nun, jetzt hast tolle Ideen für ein originelles Geschenk. Sie können sie ein schönes Stück Islandspat zu bekommen. Und denken Sie nur, wie viel Spaß es sein wird, wenn sie fragen, was es ist, und an dieser Anzeige bewaffnet, können Sie selbstgefällig sagen, geeky Sachen, die sie nicht kannte.

Anmerkung des Autors: Vor ein paar Wochen sagte jemand zu mir: ". Warum gehst du nicht schreiben einen interessanten Blog-Post über einen Felsen, oder etwas" Herausforderung angenommen. Erfolgreich, denke ich.

Über den Autor: Roger Cicala ist der Gründer der LensRentals. Dieser Artikel wurde ursprünglich hier veröffentlicht.

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