Lissajous figuren

Ik ben al langer met elektronica experimenten en oscilloscopen bezig maar een van die experimenten die ik me nog uit mijn jeugd herinner en ik toendertijd nooit zelf heb kunnen uitvoeren, is het maken van Lissajous figuren. Een Lissajous figuur is het patroon dat ontstaat als men twee harmonische trillingen die onderling loodrecht op elkaar staan bij elkaar optelt waarbij men een twee dimensionale trilling maakt. De weg die de somtrilling beschrijft vormt een Lissajous-figuur. De vorm die het Lissajous figuur aanneemt wordt bepaald door de amplitudes en de frequenties van de afzonderlijke trillingen en het faseverschil tussen de trillingen. De figuren zijn genoemd naar J. A. Lissajous (1822-1880) die deze verkreeg door licht achtereenvolgens te laten reflecteren op twee spiegels die bevestigd waren aan twee stemvorken die haaks op elkaar stonden.

Lissajous figuren kan men ook maken met behulp van een 2-kanaals oscilloscoop en twee functiegeneratoren. Eenvoudige 1-kanaals oscilloscopen (o.a. een Velleman PCS 100) had ik al langer in mijn bezit. Ik had zelfs al een 2-kanaals USB oscilloscoop (Basic Stamp), alleen kon de software die bijgeleverd werd geen Lissajous figuren maken. Recentelijk ben ik echter in het bezit gekomen van een goedkope (Chinese) 2 kanaals USB oscilloscoop, de “RockTech BM102 50MHz 2-CH USB Analog Oscilloscope.” De bijgeleverde software maakt het mogelijk om Lissajous figuren te produceren. Een ander instrument dat ik recentelijk goedkoop op de kop getikt heb is de FG-100-DDS functie generator. Deze gecombineerd met mijn HP3311A functiegenerator heb ik gebruikt om onderstaande Lissajous figuren te maken.

Zoals met al deze goedkope Chinese apparatuur. Het is misschien niet super, maar het werkt wel en is voldoende nauwkeurig voor het type experimenten dat ik wil uitvoeren. De software van de scoop werkt onder Windows 10. Jammer genoeg is hij niet helemaal stabiel en wordt men soms gedwongen de PC uit en weer aan te zetten om weer te kunnen meten. De kans lijkt mij klein te zijn dat er nog een upgrade op de bijgeleverde software komt.

Agaat

De DinoLite Edge AM4815ZT USB microscoop maakt het mogelijk om wat ouder onderzoeksobjecten opnieuw te bekijken. In dit geval heb ik nogmaals een gepolijst bruine agaat bekeken (zie de onderste foto). Het type dat men vaak in geologie- en museumwinkels vindt. Voor het maken van deze foto heb ik het mineraal op de Huion L4S A4 LED Light Box gelegd, de verlichting van de Dino-Lite uitgeschakeld en vervolgens een gestackte (EDOF) foto gemaakt. In de “kern” zijn de kwarts kristalletjes goed zichtbaar en daaromheen de Liesegang ringen ook.

Agaat is een doorzichtig kwarts mineraal variant (SiO2 + Al, Ca, Fe, Mn) met een vulkanische oorsprong dat gekarakteriseerd wordt door de bandpatronen. De bruine kleur in het materiaal geeft aan dat er naast de silica voornamelijk ijzer als oxide (roest) en hydroxide aanwezig is. De meer wetenschappelijke benaming van deze bandpatronen is “Liesegangringen”.

Stirlingmotor

Op Chinese websites kom je soms leuke apparaatjes tegen interessante prijzen tegen en dan is het moeilijk de verleiding te weerstaan. Dat weerstaan van de verleiding is mij dus duidelijk niet gelukt met dit bouwpakketje van een Stirlingmotor model.

Alhoewel er verschillende varianten van een Stirlingmotor zijn deze allemaal gebaseerd op het principe dat gassen (in dit geval lucht) bij verwarming uitzetten en bij afkoelen krimpen. Door op een handige manier gebruik te maken van dit verschil in volume/temperatuur kan men dit omzetten in beweging.

In de grote cilinder wordt de lucht opgewarmd door de brander eronder, daardoor gaat de luchtuitzetten en de zuiger beweegt naar een situatie waarin het volume groter is (bij constante druk). De beweging van de zuiger wordt overgebracht naar het vliegwiel waarbij de beweging van het vliegwiel overgebracht wordt op de zuiger van de kleine (koude) cilinder. Deze trekt nu warme lucht uit de grote cilinder (maximaal volume) dat vervolgens afkoelt in de kleine cilinder. De lucht krimpt dan weer waardoor ook de zuigers en dus ook het vliegwiel in beweging komen totdat een minimaal volume bereikt is waarbij de koude lucht weer in de grote cilinder terecht komt en de cyclus weer opnieuw kan beginnen.

LCD scherm

Wederom een object dat ik snel even onder de DinoLite Edge AM4815ZT USB microscoop in combinatie met de Huion L4S A4 LED Light Box bekeken heb. Ik had nog een kleuren LCD schermpje liggen dat ik ooit eens uit een defecte printer gedemonteerd heb. Ik heb dit schermpje verder uit elkaar gesloopt, de diverse schermlaagjes uit elkaar gehaald, en vervolgens de glasplaat met LCD’s  onder de microscoop gelegd. De onderstaande foto kan men overal op her internet vinden maar het is uiteindelijk leuker om deze zelf te maken. De individuele kleuren pixels zijn goed waarneembaar bij hoge vergroting.

Benzoëzuur kristallen

Benzoëzuur heeft een relatief laag smeltpunt (122.4 °C) hetgeen het mogelijk maakt om microkristallen te maken voor bestudering onder de microscoop. Ik heb een objectglaasje met wat benzoëzuur erop op een USB warmhoudplaatje gelegd en ca. 1 cm daarboven een ander objectglaasje gepositioneerd. Na enige tijd ziet men kleine kistallen op het objectglas verschijnen. Draai het objectglas om en bekijk het onder de microscoop, eventueel onder gepolariseerd licht.

 

USB microscoop en Huion Lichtbak

Alhoewel USB microscopen zoals de DinoLite Edge AM4815ZT een ingebouwde lichtbron hebben (LED lampjes) die bovenop het te onderzoeken object schijnen is het in sommige gevallen handig om een object ook van onderen te kunnen belichten, bij voorkeur met een gelijkmatig verdeelde lichtbron. Voor dat doel heb ik recentelijk bij Amazon.de de Huion L4S A4 LED Light Box (ca. 40 €) aangeschaft. In het Nederlands spreken we hier van een lichtbak die normaliter gebruikt wordt voor het overtrekken van tekeningen. Dit type lichtbakken is erg dun, de verlichting is homogeen verdeeld, geeft geen warmte af en de voeding wordt geleverd via een USB kabel.  Om deze redenen alleen al zijn deze lichtbakken ideaal voor een USB microscopist maar ook als de verlichting niet aan staat (zoals in onderstaande foto, hetgeen noodzakelijk was om een goede foto te kunnen maken) levert de lichtbak een mooi wit werkoppervlak. Het enige nadeel is dat het A4 formaat eigenlijk iets te groot is, een A5 versie zou iets handiger om mee te nemen zijn.

Scheersel onder de microscoop bekijken

Een man zijnde en geen baard willen laten groeien, betekent dat ik me dagelijks moet scheren.  Aangezien ik geen droogscheerder ben kan ik elke dag wat haren uit mijn scheerapparaat halen.  En laatst besloot ik om met een beetje van dit schraapsel een microscooppreparaat te maken.  Als insluitmiddel heb ik euparal gebruikt en de vergroting is 60x. Verder heb ik het preparaat zowel zonder als met polarisatie bekeken.

Het preparaat bevat ook enkele huidcellen. Zoals men kan zien worden de baardharen vrij vlak onder een schuine hoek doorgesneden.

De belangrijkste onderdelen van een haar, zijn de cuticula, de cortex en de medulla. De cuticula is de buitenste laag en deze is geschubd. Dat laatste kan men op de foto’s niet waarnemen, ook niet op hogere vergroting. De cortex is het middendeel, en bestaat uit lange vezels die ook de pigmentcellen bevatten die haar kleur geven. Daarnaast kunnen de cellen in de cortex soms eivormige lichaampjes bevatten. De medulla is de kern van een haar. De medulla is hol en kan gevuld zijn met lucht of met een vloeistof.  Het patroon van de schubben, de kleur van de pigmentatie, en de vorm van en het aantal pigmentcellen en eivormige lichaampjes, zorgen voor de verschillen waaraan een haar te identificeren is. De vorm van deze structuren is afhankelijk van de plaats van herkomst op het lichaam (hoofdhaar, baardhaar, wenkbrauwen etc.), van individuele kenmerken (zoals haarconditie, dikte, lengte, en kleur) en per diersoort.

Gipskristallen onder de microscoop

Gips is de verbinding van Calcium en sulfaat in de vorm van calciumsulfaat, CaSO4. De scheikundige naam van gips is Calcium-sulfaat.De aardkorst bestaat voor meer dan 3% uit calcium. Door de re-actieve eigenschappen komt het niet in ongebonden toestand voor. Mineralen waarin calcium voorkomt zijn o.a. gips, calciumcarbonaat en calciumfloride. Gips komt in verschillende kristalvormen voor. Er zijn mooi regelmatig gevormde kristallen en onregelmatige kristallen. De kristalvorm is van invloed op de hoeveelheid water die nodig is om een gietbare gipsbrij te kunnen maken. Vaak zijn in kristallen moleculen water ingebouwd. Dit heet kristalwater.

Gips kan bestaan in drie vormen:

  1. De Hemihydraat-vorm (1 molecuul kristalwater per 2 moleculen CaSO4)
    Gipspoeder dat door toevoegen van water hard wordt.
  1. De Dihydraat-vorm (2 moleculen kristalwater op elk molecuul CaSO4)
    Uitgeharde of ruwe gips.
  1. De Anhydraat-vorm (CaSO4 zonder kristalwater)
    Een watervrije verbinding die niet meer reageert met water en vaak gebruikt wordt als vulstof voor de bouw, levensmiddellen industrie en de diervoeders industrie. Ook word deze gebruikt voor verbetering van landbouwgrond.

Wat gebeurt er als gips hard wordt:

Rehydratie van gips:

2CaSO4 x ½H2O + 3H2O –> 2 CaSO4 x 2H2O

CaSO4 + 2H2O –> CaSO4 x 2H2O

Als men hemihydraat-poeder mengt met water, dan vindt er een scheikundige reactie plaats. Daarbij neemt het hemihydraat water op en wordt dan uitgeharde gips. Dat uitgeharde gips vormt dan nieuwe kristallen. Deze nieuwe kristallen groeien langzaam uit tot grotere kristallen. Deze grotere kristallen haken in elkaar, en als de chemische reactie is afgelopen hebben we een harde massa gekregen.

 

Natriumoxalaat onder de microscoop

Momenteel bezig zijnde met een experiment waar ik aantoningsreacties voor carbonzuren bestudeer maak je soms ook foto’s van kristalstructuren die niet degene zijn waar ik naar op zoek ben maar die gewoon mooi zijn om te zien.

Onderstaande foto’s zijn van natriumoxalaat (Na2C2O4) kristallen. Het preparaat is gemaakt door wat verweringswater (oxaalzuur) te nemen, dat te neutraliseren met natronloog, een druppel van deze oplossing op een objectglaasje te leggen, deze in te dampen en vervolgens te bekijken onder de polarisatie microscoop. Bij de laatste foto is de polarisator verdraaid t.o.v. de foto daarvoor.