Faraday-Verschluss
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Der Faraday-Verschluss ist
ein magneto-optischer Verschuss der mit dem >>Faraday-Effekt<<
arbeitet. Hier wird ein durchsichtiges Material, meist Glas, zwischen
zwei gekreuzten Polarisationsfiltern angeordnet. Durch die gekreuzten
Filter ist der Lichtweg gesperrt, der Verschluss geschlossen. Wird
nun mittels einer Spule im Material ein starkes Magnetfeld erzeugt
und dadurch die Polarisationsachse um 90° gedreht, kann das Licht
den zweiten Polfilter durchdringen, der Verschluss ist offen.
Die Entwicklung des Faraday-Verschusses ist hauptsächlich
Harold "Doc" Edgerton zu verdanken. Er entwickelte am
MIT (Massachusetts Institute of Technology) die Rapatronic-Kamera.
Diese Kamera mit einem Faraday-Verschluss wurde zur Aufnahme der amerikanischen
Atombombentest verwendet, siehe rechtes Bild.
Solche Objekte wird Bastler (hoffentlich) nicht untersuchen, trotzdem
gibt es viele Versuche bei denen der Faraday-Verschluss zu gebrauchen
ist, z.B. Firecracker, Drahtexplosionen, alle kurzzeitigen Vorgänge
mit starker Lichtentwicklung bei der Kurzzeitblitze nicht anwendbar
sind.
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Quelle: http://edgerton-digital-collections.org |
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Aufbau:
Die vom Faraday-Effekt verursachte Drehung der Polarisationsachse
ist von der Länge des Lichtwegs im Material, dem angelegtem Magnetfeld
und der Verdet-Konstante des verwendetem Materials ab. Um mit möglichst
kleinen Magnetfeldern auszukommen benötigt man demzufolge ein
Material mit möglichst hoher Verdetkonstante. Meist wird Flintglas
verwendet, das aber nicht leicht zu erhalten und zudem teuer ist |
Glassorte |
Brechzahl |
Dichte g/cm3 |
Verdetkonstante °/Tm |
BK7 |
Kronglas |
1,52
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2,51 |
332 |
SF6 |
Flintglas |
1,80
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5,18 |
1449 |
RD50 |
Röntgenschutz |
1,79
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5,05 |
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Eine ähnliche Zusammensetzung,
nämlich einen hohen Bleigehalt, besitzt Röntgenschutzglas.
Im Restbestand fand sich noch die Scheibe aus einem Röntgengerät
und die in kleine Quadrate zersägt und diese dann mit UHU-Puls
zu einem Quader verklebt wurden. Der verklebte Quader wurde
mit 30 Wdg 0.8mm CuL Draht umwickelt und mit einem Polfilter
ausgestattet. Die Spule hat eine Induktivität von 15 µH |
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Die Testschaltung arbeitet mit einer Kondensatorentladung
mit einem Hochspannungs.Thyristor. Ein Kondensator mit 33µF
(3 x !00µF 450V Elkos in Serie) Kapazität wird auf
1250V geladen und durch den Thyristor über die Spule entladen.
Der Strom wird an einem 0,15 Ohm Sensorwiderstand gemessen.
Die Schaltung erzeugt einen Stromimpuls von fast 900 Ampere
und eine Faradaydrehung von 39° bei einer Pulsdauer von
70 µs. |
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Um eine kurze Pulszeit zu erzielen müssen sowohl die Kapazität
verringert werden. Um trotzdem einen hohen Strom und damit ausreichende
Faradaydrehung zu erreichen muss die Ladespannung erhöht werden.
Der nächste Test wurde mit einer Kapazität von 8µF
und einer Ladespannung von 4 kV unternommen. Da für diese Spannungkein
Thyristor vorhanden war wurde der Schalter mit einer Funkenstrecke
realisiert. Zugleich kann das Licht der Funkenstrecke zur Beleuchtung
der Szene dienen. |
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Als erstes Testobjekt dient wieder eine mit hoher Geschwindigkeit
rotierende Scheibe. |
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Stehende Scheibe
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Scheibe bei 15000 Umdrehungen pro MInute
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Man sieht dass die Pulslänge immer noch zu lang ist um die rotierendfe
Scheibe scharf abzubilden. Man müßte den Kapazität weiter
veringern und dem entsprechend die Spannung weiter erhöhen. Trotzdem
wird man kaum Öffnungszeiten von weniger als ein paar Mikrosekunden
erreichen. |
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