Ueber die Ermittlung von Lichtbrechungs-Verhältnissen fester Körper durch Totalreflexion; von F. Kohlrausch.

Das von Wollaston erdachte sinnreiche Verfahren, die Totalreflexion zur Ermittlung von Lichtbrechungsverhältnissen zu benutzen, ist bekanntlich in seiner Ausführung entweder etwas umständlich oder minder genau und wird auſserdem durch das verlangte Ankleben des untersuchten Körpers an ein Prisma in seiner Anwendbarkeit einigermaſsen eingeschränkt.

Vgl. Poggendorff's Annalen, 1876 Bd. 157 S. 302.

E. Wiedemann

Vgl. Poggendorff's Annalen, 1876 Bd. 158 8. 375.

hat nun kürzlich ein Verfahren beschrieben, welches den zu untersuchenden Körper, anstatt ihn auf ein Prisma aufzukleben, in Gestalt einer dünnen Planplatte in eine stark brechende Flüssigkeit bringt. Hierdurch entgeht man den oben genannten Hindernissen und erreicht, wie Wiedemann gezeigt hat, eine groſse Genauigkeit; doch läſst sich nicht läugnen, daſs man auch viele Vortheile von Wollaston's Methode einbüſst. Denn das angewendete Parallel-Strahlenbündel verlangt wesentlich wieder den ganzen Spectrometer-Apparat; ferner ist die Herstellung einer dünnen Planparallelplatte unvergleichlich schwieriger als die eines einzigen ebenen Anschliffes, der bei Wollaston genügt; endlich aber schlieſst die Anwendung durchgehenden Lichtes in Wiedemann's Methode wieder die undurchsichtigen Körper aus, für welche die Totalreflexion eben von besonderer Bedeutung ist.

Es soll hier gezeigt werden, wie man durch die Verschmelzung der beiden genannten Verfahren zu einem Hilfsmittel der Bestimmung von Brechungsverhältnissen fester Körper gelangt, welches an Einfachheit nichts zu wünschen läſst und welches, wie ich glaube, die gleiche Verwendbarkeit besitzt, wie Abbe's Methode für flüssige Körper.

Abbe: Neue Apparate zur Bestimmung des Brechungsvermögens u.s.w. Jena 1874.

Verlangt wird natürlich, daſs man über eine Flüssigkeit verfügt, welche stärker bricht als der zu untersuchende Körper, und darin liegt bis jetzt eine Beschränkung. Ich habe Schwefelkohlenstoff angewendet, da diese Flüssigkeit zu den stärkst brechenden gehört, und da sie ferner eine groſse optische Unveränderlichkeit mit den schätzenswerthen Eigenschaften der Reinlichkeit und der chemischen Neutralität gegen die meisten Substanzen verbindet.

Textabbildung Bd. 228, S. 426Das kleine Instrument, welches ich benutze und welches ich Totalreflectometer nennen möchte, besteht aus einem weithalsigen Fläschchen mit einseitigem, durch ein Planglas verkitteten Anschliff und aus einem Theilkreise, welcher auf der Flasche befestigt wird. Der mit einer Alhidade im Theilkreise drehbare Zapfen ragt in die Flasche mit einem Fortsatz hinein, an welchem der zu bestimmende Körper so angebracht wird, daſs seine spiegelnde Fläche die Drehungsachse in sich enthält. Zur Feststellung der Sehrichtung wird auf diese Fläche durch das Planglas des Fläschchens ein kleines, auf unendliche Entfernung eingestelltes Fernrohr mit Fadenkreuz gerichtet. Man kann statt dessen auch eine Marke benutzen, deren Bild durch eine vorgesetzte kleine Linse in groſse Entfernung gerückt ist. Eine diffuse Beleuchtung der spiegelnden Fläche wird durch Seidenpapier bewirkt, welches das Fläschchen mit Ausnahme des Planglases umgibt, und welches mit der Natrium-, Lithium- oder Thalliumflamme beleuchtet wird. Den Hintergrund des Fläschchens verdunkelt man zweckmäſsig.

Bei geeigneter schräger Stellung der spiegelnden Fläche sieht man mit dem Fernrohr oder mit dem auf unendlich eingestellten Auge die Grenzlinie der totalen Reflexion des Lichtes zwischen dem Schwefelkohlenstoff und dem schwächer brechenden Körper vollkommen scharf hervortreten. Man stellt die Alhidade, bis diese Grenzlinie mit dem Fadenkreuz oder der Marke zusammenfällt und liest die Stellung über dem Theilkreise ab. Nun dreht man die spiegelnde Fläche nach der anderen Seite und stellt ebenso ein. Die Hälfte des Winkels, um welchen man gedreht hat, ist der Winkel der totalen Reflexion, und sein Sinus, multiplicirt mit dem Brechungsverhältniſs des Schwefelkohlenstoffes liefert also das gesuchte Brechungsverhältniſs des Körpers. Besondere Vortheile bietet das Verfahren bei Krystallen. Eine einzige beliebig gelegene Fläche genügt für das Brechungsvermögen isotroper und, wie man leicht sieht, auch für die beiden Hauptbrechungsverhältnisse optisch einachsiger Substanzen. Bei zweiachsigen Krystallen muſs allerdings ein Schliff in einem Hauptschnitt hergestellt werden, um die drei Brechungsverhältnisse zu bestimmen. Gegenüber der Herstellung von mindestens zwei orientirten Prismen aber ist die Anfertigung dieses einen Schliffes, den man ja ohnehin zur Messung des Achsenwinkels auszuführen pflegt, eine geringfügige Arbeit. Die Schwingungsrichtungen, welche den an doppelbrechenden Körpern auftretenden beiden Grenzen zugehören, werden durch ein Nicol'sches Prisma leicht erkannt.

Wenn so das Verfahren an Einfachheit und die Beobachtung an Genauigkeit nichts zu wünschen läſst, so kann man von vornherein doch dem Resultate das Miſstrauen entgegenbringen, ob die Lichtgeschwindigkeit in der Oberfläche dieselbe ist wie im Innern des Körpers. Indessen sieht man, wie schon Abbe für sein Flüssigkeits-Refractometer bemerkt, daſs ein Fehler nur dann erwachsen würde, wenn in der Trennungsfläche zwischen Schwefelkohlenstoff und fester Substanz eine Schicht entstände, welche schwächer bricht als beide Körper, was von vornherein unwahrscheinlich ist und was auch wohl an secundären Erscheinungen kenntlich sein würde. Immerhin wird die Erfahrung hierüber entscheiden müssen. (Vom Verfasser gef. eingesendeter Sonderabdruck aus den Verhandlungen der physikalisch-mathematischen Gesellschaft in Würzburg.)