Mit Hilfe der Schlierenphotographie kann man Wärmeströmungen eindrucksvoll sichtbar machen. Man benötigt hierfür nur

• den Hauptspiegel eines Teleskops
• eine punktförmige Lichtquelle in Form einer präparierten LED
• eine Rasierklinge oder eine Bastelmesserklinge
• eine Digitalkamera

Zum Aufbau:

Im Abstand der doppelten Brennweite des Hauptspiegels (also 2·f) befindet sich die punktförmige Lichtquelle. Diese bastelt man sich mittels einer weißen 5 mm LED, indem man deren konvexen Plastikkopf mit einer Zange abknipst und dann diese mittels Schleifpapier weiter bis knapp oberhalb des Emitters abschleift. Um die LED wickelt man dann ein wenig Alufolie, wobei genau über dem Emitter mit einer Nadel ein kleines Loch gestoßen wird. Durch dieses dringt dann das Licht der LED und sorgt für eine nahezu punktförmige Lichtquelle.

Ich konnte sehr günstig ein Newton-Teleskop gebraucht kaufen. Dessen Hauptspiegel hat einen Durchmesser von 76 mm und eine Brennweite von f = 700 mm.

Hier der ausgebaute Hauptspiegel, für den ich dann mittels Druckfedern eine verstellbare Holzmontierung gebastelt habe.

   

Wie funktioniert nun die Schlierenphotographie? Hier nochmals die Skizze des Aufbaus:

Durch die punktförmige Lichtquelle trifft an jeder Stelle des Hauptspiegels Licht nur aus einer einzigen Richtung auf. Dadurch wird an jeder Stelle des Hauptspiegels Licht auch nur in eine einzige Richtung reflektiert und gelangt dann auf den CCD-Chip der Digitalkamera. Diese ist auf den Hohlspiegel fokusiert. Alle reflektierten Lichtstrahlen bündeln sich im Brennpunkt, welcher sehr knapp neben der Rasierklinge befindet. Unter normalen Umständen ohne Wärmequelle können also sämtliche vom Spiegel kommenden Lichtstrahlen die Rasierklinge passieren und treffen an verschiedenen Stellen auf den Kamerachip.

Befindet sich nun aber eine Wärmequelle knapp vor dem Hauptspiegel, so besitzt die erwärmte Luft leicht unterschiedliche Brechungsindexe n. Infolgedessen wird das Licht an diesen Bereichen mit höherem bzw. niedrigerem Brechungsindex (die sog. Schlieren) gebrochen. Die Konsequenz ist, dass diese Lichtstrahlen nun nicht mehr ihren gewohnten Weg zum Kamerachip gehen, sondern z.B. auf die Rasierklinge treffen. Dadurch gelangt also kein Licht mehr von einer Stelle des Hauptspiegels auf den Kamerachip und das Bild des Hauptspiegels besitzt an dieser “Stelle” einen dunklen “Punkt”.

Auf diese Weise werden geringste Brechzahlunterschiede in der Luft “abgebildet” und die Schlieren werden in der Aufnahme sichtbar.

So, ich konnte heute den Versuchsaufbau erstmalig testen und…

…es hat alles bestens funktioniert. Es war sogar um einiges einfacher als gedacht. Das Bild der LED war entgegen meiner Erwartung recht einfach zu finden, indem ich einmal ein Blatt Papier in den Bereich der Bildweite als Abbildungsschirm gebracht habe.

Als erstes Testobjekt musste mein Highend-Lötkolben herhalten:

Und hier die Ergebnisse…

 

Das Youtube-Video reiche ich dann noch nach.