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磁性流体

ひょんなことから磁性流体のデモ商品を手に入れた。
瓶の中で磁石がないとデレーッとしている。
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磁石を近づけると吸い寄せられる
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このデモ商品の優れていることは、瓶に磁性流体ともう一つの液体が入っていること。磁性流体だけだと、着色した磁性流体が瓶にへばりついて
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デロデロになるので観察がやりにくい。ちなみに、こちらは東急ハンズで買ってきた(楽天などでも売っている)、子ども向けの磁性流体観察キット(1200円くらい)の磁性流体を普通のガラスのサンプル瓶に入れたところ。その点、デモ商品は
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ときれいに観察できる。ちなみに、とげとげになる理由については、大昔に、かの有名なランダウおじさんが論文にしているはず。ということは難しい話なんだろうなぁと思いきちんとは調べていないけど、単純には界面張力と磁場エネルギーのバランスが効いているらしい。
ところで、磁性流体と一緒に入っている液体の種類だけれど、流石に開封しない状態では調べられないけれど、ハンズで売っている磁性流体の方は灯油の親戚のような油らしいので、それだったら水と混ざらないはずだから、ハンズで買ったサンプル瓶に水をいれて、その中に磁性流体を入れてみた。
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結構OKだけれども、油断するとガラス壁面に流体がへばりつくようになる。もう一工夫必要なようだ。
ところで、水と灯油の界面張力を下げたかったら界面活性剤を投入すればよい。つまり、食器洗いの中性洗剤を放り込めばいいはずである。でやってみたところ、
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と確かにとげは育ったけれど、磁性流体が水に一部溶け出してしまい、着色してしまった。着想はよさそうなので、きちんと濃度調整をしてみようと思っている。ちなみに、上の瓶は界面活性剤に加えて食塩も入れている。これは、水と磁性流体の密度を近くした方がとげがより育ちやすいと考えたため。界面活性剤と密度差の影響は別々にチェックした方がよいかもしれない。
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by zam20f2 | 2009-08-20 21:45 | 科学系 | Comments(3)

等倍写真鏡筒

対物ミクロメータを撮影した出来の悪い写真を一つ
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対物レンズは20倍。カメラは4/3フォーマット。対物ミクロが画面を完全に横切っていれば、事情はもっとはっきりするのだけれど、この写真から長辺の撮影範囲が約8.7mm程度であることが分かる。つまり、対物レンズの倍率で受光素子面に結像しているのである。
多分、多くの人にとっては、それは何という話なのだけれど、部品に特注品は一つもなく、カタログ品だけで、カメラを装着しているというと、組み合わせを知りたがる人もいるのではないかなと思う。
この組み合わせで、透過型のクロス回折格子を撮影すると
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こんな感じ。縮小したら、格子が見づらくなってしまった。
そして、ベルトランレンズを入れて、対物レンズ後ろ焦点面の画像を見てみると
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となる。
縮小してない画像が、中心と端っこで差があるかはまた。
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by zam20f2 | 2009-08-09 19:01 | 科学系 | Comments(0)

しゃぼん玉にうつる風景

ちょっとピントが甘いのもあるけど、500mm反射望遠4/3手持ち。ボディー内手ぶれ補正のたまものか
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by zam20f2 | 2009-07-19 19:09 | 科学系 | Comments(0)

計算スペクトル

スペクトル写真を出したので、発作的に計算でスペクトルを求めることにした。といっても、昔作ったプログラムがあったので、それで打ち出したのをリサイズしただけだけれど。
上がこの前出した写真電球。下は計算。計算は450~700nm。強度はすべての波長で、xyz値の和が一定であるようにして計算している。3200kの黒体放射スペクトルと視感度分布を掛け合わせた補正もやってみたけれど、短波長が暗くなるだけで今ひとつだったのでこちらだけ。
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比べると、450nm辺りが計算の方が紫っぽい。あと、緑から黄色にかけてが計算の方がより幅が広く色調の変化が生じている。とはいえ、実際にスペクトルを見た感じは、黄色付近はもうすこし鮮やかでなだらかな気がするのだけれど、これはxyz色座標をsRGBに押し込んでいるためだろうと思う。
ちなみに、もとの色は色域としては全てsRGBやAdobeRGBの外側にある。
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by zam20f2 | 2009-07-09 22:58 | 科学系 | Comments(0)

タングステンランプは無用の長物か

写真業界では光源の特性は色温度で語られる。太陽光は5500kであり、タングステンランプは3200kである。太陽は今でも写真用光源として健在であるが、タングステンランプの方は蛍光灯やLEDランプに押されて、省エネ性の低い光源として追いやられる方向にある。写真スタジオによっては、もはやタングステンランプを持っていないところもあるのではないかと思う。蛍光灯の光源などは、昔は色味が悪く写真撮影の光源としては適していなかったけれど、最近では昼光色の蛍光灯などがでており、色温度も表示されるようになっている。
ところで、色温度とはもともと黒体放射のスペクトルから出てきた概念である。それに対して、蛍光灯のスペクトルはいかなる温度の黒体とも似ていない。つまり、色温度という概念は、そもそも蛍光灯やLED照明など、スペクトル分布が黒体とは異なるものには使えないはずである。それが使われているのは、おそらくはxy色度図の座標値が、ある温度の黒体放射の座標値と同じという意味なのだろうとおもう。たしかに、座標値が同じなら、色味は同じに見える。その点に関しては文句はない。しかし、それは、その光源で照らされた物質の色が同一に見えることを保証するものではない。

照明された物の色にいく前に、いくつかの光源のスペクトルを示そうと思う。といっても、きちんとした分光器で測定したものではなく、学校工作用用紙と東急ハンズで売っていた単レンズと、学習用直視型分光器キットに付属するようなフィルム透過型回折格子をデジカメの前において撮影した画像である。分解能は数nm程度で、分光器の波長感度特性は不明である。右端の波長が450nm、左端が700nm程度である。
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スペクトルは上から
殺菌灯
蛍光灯1
蛍光灯2
LED懐中電灯
白色電球
である。殺菌灯は少し前に出したものと同じである。

ざっくり眺めると、上3つがかなり離散的なスペクトルの光源であることが明らかになる。興味深いことに緑のラインの幅が殺菌灯より蛍光灯の方が広い。これまで蛍光灯のスペクトルをとりながら、緑の輝線の幅が広いのが、分光器の焦点が合っていないためかと思っていたのだけれど、これを見ると、蛍光灯のスペクトルが本質的に広いようである。
3番目のLEDランプは、蛍光灯に比べると遙かに連続性がよい。ただし、青と緑の間あたりに暗い部分がある。スペクトルは2つのこぶを持っているようだ。
白熱電球は、短波長から長波長まで、途中で弱まること無く連続した」スペクトルである。3200kで黒体放射のスペクトルを計算すると、可視領域では、長波長が強くなるのだけれど、赤外近辺は、受光系の感度が落ちたり、赤外フィルターがあるので、暗くなっていくのだろうと思う。


今回用いた蛍光灯は昼光色程度のものだけれど、電球色のものでも、スペクトルの分布と強度は違うけれど、離散的なスペクトルであることに変わりない。

ここで、仮想的に、ある限られた2つの波長しか光を透過しないフィルターを通して光源を観察することを考えよう。
光源が白色電球なら、スペクトルは連続で常に2つの波長の光が混ざった色合いとなる。光源が蛍光灯だと事情は大きく異なる。もし、2つの波長の片方がスペクトル線に合致していて、もう一方がスペクトル線からはずれていると、スペクトル線の色が見えてしまい、決して2つの波長の中間的な色にはならない。もし、2つの波長ともスペクトル線位置からずれていると、光は透過せずに色以前の問題となる。
LEDの場合は蛍光灯より、はるかに事情はましである。しかし片方の波長が2つのこぶの中間あたりになると、そこの光は弱いために、もう一つの波長域の色に強く引きずられることになる。

話を簡単にするために、フィルターの透過光で2つの波長窓をもったもので話を進めたけれど、事情は原理的には反射で、もっと複雑な反射率分布をもった系、すなわち、身の回りのものものについても変わりはない。白熱電球、LED,蛍光灯では、ものの色の見え方が本質的に異なるものなのである。だから、ものによっては白熱電球の光が望ましい場合もあるのだと思う。その、一つの例として、いくつかの人造宝石を3つの光源で撮影したものをお見せしよう。RAWでとって、背景の白い紙でグレーをとって現像している。写真は上から写真電球、蛍光灯、LED照明である。
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照明はきわめて適当で、陰がでてるし、ムラがあることはご容赦いただいて色だけをみていただきたい。一番目立つのは左上の人工アレキサンドライトだろうか。これは、もともと、太陽の光の下と蝋燭やランプの光の下では色が異なることで有名な宝石なので、まあ、卑怯な例であるけれども(何しろ、カメラではなく人の目で色がかわるのだ)、色味が白熱電球とLEDや蛍光灯で異なっているのがよくわかると思う。右下のルビーは白熱灯が一番明るく見える。それから中上のサファイヤは蛍光灯でとったものが緑がでている。これは546nmの輝線が利いている気がする。宝石は少しばかり極端な例かもしれない。とはいえ、ほかの物でも程度は低いかもしれないけれども同様の現象は起こっている訳で、少なくとも、アレキサンドライトを赤紫色にとるような仕事が来る可能性があるなら、白熱電球を打ち捨てるのはやめておいた方がいいだろう。 
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by zam20f2 | 2009-07-07 21:18 | 科学系 | Comments(5)

スリット幅・波長範囲

科学教室などでよく使われる透過型の回折格子をつけて、いくつかの光源の撮影を行っている。それについては、項をあらためるとして、まず、殺菌灯のスペクトル写真
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写っているのは、緑のやつが546nmのライン。黄土色っぽいのが、577と579nmが重なったラインだろうと思う。
画面上での線幅は緑が10ピクセル程度。横幅を600ピクセルにリサイズしていて、素子サイズが18mmなので、実サイズで0.3mm程度になる。撮影光学系は
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こんな感じで、紙の筒の中には150mm程度の単レンズが入っていて、ズームは70mm程度で使っているので、1/2縮小系なので、もとのスリット幅は0.6mm程度と計算される。スリットは、ビニルテープで作っているので、きわめて適当だけれど、0.6mmと言われると、そんなものかな気分になる。(というわけで、ナトリウムのD線を分解するのには、かなりスリットを細くしないと駄目なことが実感された。)
緑と黄土色の間は約79ピクセル。これが32nm程度の波長差になるので、600ピクセルの全幅では240~250nm程度の波長範囲が入っている。だいたい450nmあたりから700nm程度である。もうちょっと短波長側が広くなるようにしてもよいかなという気がしている。そうすれば、水銀の436nmのラインも入るので、全体の波長校正が楽になるだろうから。
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by zam20f2 | 2009-07-05 18:03 | 科学系 | Comments(0)

アルコールの塩析 その後

しばらく前に、レッドとオールドに炭酸カリウム(無水)を加えて遊んでいたけれど、一週間ほど瓶を放置していたら、水層、アルコール層とも透明度が上がっていた。
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なかなか、きれいなものである。というわけで、下に炭酸カリウムが溶けきらずに貯まるほど加えなくても、液は透明になるようだ。
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by zam20f2 | 2009-06-14 17:02 | 科学系 | Comments(0)

全反射(またまた)

そういえば、5月の連休に水流の全反射をもう一回やったのを忘れていた。今回は、これのためにボール盤を買い込んで、アクリル用のドリル刃も買って、その割には、最後に箱を作るところで失敗している。
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まずは、素直に水を流したところ。安定してしたの水槽まで流れている。今までは途中で水が切れて水滴になっていたのがつながるようになった。
続いて、蛍光色素を入れてレーザー光を通した
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回りを暗くすると
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となる。
反射2回くらいはOKだけれど、その後は光が拡がってしまう。
出口付近だけを撮影すると
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少しは格好良く見られるようになる。最後の写真は、色素の濃度が上がっている。色素の濃度を上げると、
光量が増えて早めのシャッターを切れるようになるけれども、入れすぎると、光が徐々に弱くなり全体が均一には光らなくなる。
やる前は、水流さえきれいになれば上から下までシャープにレーザー光が見えると思っていたのだけれど、だめだった。考えてみれば、表目は凹面になっているので、反射した光はいったん集光した後に拡散してしまう。原理的には水流の断面を円ではなくきしめん状にすれば、凹面鏡の反射にならずに、もっときれいに見えるようになる気がするけれども、なかなか試す余裕がない。
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by zam20f2 | 2009-06-10 21:07 | 科学系 | Comments(0)

アルコールの塩析

某所での飲み会で、サントリーレッドに炭酸カリウムを入れると、水と着色層とアルコール層の3つに分離するという話を聞いた。そんな話を聞いてしまった以上は試さざるを得ない。まず、サントリーレッドを買い込もうと思ったのだけれど、普通の瓶を買ってしまうと、実験後に残った物を飲まなければならなくなる。そりゃ、大昔、山小屋の居候をしたときには、飲料水も氷もない山小屋で、ダルマの瓶に移したレッドをストレートで飲んでいたけれど、飲む量が極めて減った今となっては、もうしこし別のものを飲みたい気がする。というわけで、コンビニで小瓶でそれなりに安かったものを買ってきた。
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その後、ポケット便も発見して入手した。
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一方、炭酸カリウム(無水)は食品添加物としてネット販売もされているのだけれど、一般的な薬品なので、試薬を入手した。
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500gで1000円程度である。
とりあえず、ダルマの方
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サンプル瓶に20mlほど入れて、10gていどの炭酸カリウムを投入して、よく混ぜる。ここで、溶解時に発熱するので、少し注意。あと、炭酸カリウムの水溶液はかなり強いアルカリなので皮膚につけないように。ついたらすぐ水洗いをする必要がある。目には絶対にいれないように注意する必要がある。
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ふって混ぜた直後。その後時間をおいておくと、
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上がアルコールで下が水。中間にわらわらとわいているのが着色成分。上が済んでいないのは、多分、炭酸カリウムの投入量がすくなくて、完全に分離していないため。もうすこし炭酸カリウムを入れて放置すると
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と上のアルコール層の透明度が上がる。
レッドの方は
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こんな感じ。こちらは大きめの試料瓶でやっている。
手順をまとめると、炭酸カリウムの量はウヰスキーの場合には、ウヰスキーの量の半分程度の重量でよさそう。水分量で考えると、その酒に含まれている水の質量の8割から9割程度で良いのではないかと思う。炭酸カリウム単体は水に対して水の質量以上に溶けるようだけれど、今の場合は水層側にもアルコールが残っているので、溶解度は少しは下がっていると思う。ちなみに、アルコール側のアルコール濃度は91%程度になるらしい。
誤解なきように付け加えておくと、スコットランドで手作りされたウヰスキーを使って実験しても着色層は出現するだろうと思う(やってないけれど)。化学的には水溶性の有機物の塩析であるわけなので。
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by zam20f2 | 2009-06-08 21:55 | 科学系 | Comments(3)

円偏光コントラスト

結晶を軸を直交した偏光子の間に入れて撮影すると、偏光色で着色した画像が得られる。
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これは、ある意味よくある画像で、特徴的なのは丸く育った結晶の中心から十字に黒い領域が存在することである。黒い領域は偏光子の透過軸に平行か垂直な方向である。
まあ、黒い領域があっても悪くはないけれど、直線偏光板ではなく、円偏光板を用いると黒い領域のない写真が得られる。
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円偏光板は写真撮影用のサーキュラーポーラライザーを用いている。1枚は左円偏光で、もう1枚は右円偏光のものを用いている。どうすれば、右と左を入手できるかというと、いろんな種類を買ってみて、右と左になっているかをチェックするしかない。もし、左円偏光と右円偏光のどちらかをチェックしたかったら、適当なコガネムシを観察すると良い。
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by zam20f2 | 2009-05-18 22:11 | 顕微系 | Comments(2)