Moleculen kijken?

[Professor Puntje]

Als je een nat bord wat schuin in het licht houdt kun je het laatste beetje water dat nog aan het bord zit zien verdwijnen doordat de lichtbreking daar dan verandert. Zo zie je hoe het natte deel van het bord steeds kleiner wordt. Hoe dik is het laatste laagje water dat je nog ziet zitten vlak voordat het verdampt?

[jkien]

Waarom heb je de indruk dat de lichtbreking verschilt? Een dunne coating verandert niet de breking van een oppervlak , maar wel de reflectiviteit. Ik beschouw liever een nat glasoppervlak dan een nat bord, omdat de brekingsindex van glas makkelijker te vinden is in tabellenboekjes.

De reflectiviteit van een grensvlak tussen brekingsindices n₁ en n₂ is R₁₂ = ((n₁-n₂)/(n₁+n₂))².

Stel n_glas=1,51, en n_water=1,33. Volgens de formule reflecteert een droog glasoppervlak dan 4%, en een nat glasoppervlak 2% (het is de optelsom van 2 grensvlak-reflecties: lucht/water en water/glas). Natte plekken reflecteren dus minder dan droge.

Reflectie van bewolkte hemel op een gedeeltelijk natte glasplaat. (Achter de glasplaat bevindt zich een zwarte achtergrond)

Als de waterfilm langzaam dunner wordt verandert de reflectiviteit niet, totdat het oppervlak droog is. Of misschien gebeurt dat al als de laagdikte veel kleiner is dan de golflengte van het licht, dat weet ik niet.

Dat natte plekken donkerder reflecties geven dan droge plekken geldt ook voor borden tijdens opdrogen na de afwas.

[Professor Puntje]

Dat van die breking was een gokje mijnerzijds mede omdat ik daarbij soms ook regenboogkleuren meen te zien, maar ik kan dat ook mis hebben. Laten we verder uitgaan van je boven geplaatste foto's. Wat ik mij afvraag is hoe dik het dunste laagje water is waarvan je het licht-effect nog kan zien.

[jkien]

Ik heb er nog eens over nagedacht. Stel de brekingsindex van lucht, water en glas is n₁=1,00, n₂=1,33 en n₃=1,51.

• Als de waterlaag dik is (>>λ) moet je de intensiteiten van de reflecties van beide grensvlakken (lucht/water en water/glas) bij elkaar optellen. Dan is de reflectiviteit R = ((n₁-n₂)/(n₁+n₂))² + ((n₂-n₃)/(n₂+n₃))² = 2%.

• Als de waterlaag dun is (<<λ) moet je de amplitudes van de reflecties van beide grensvlakken bij elkaar optellen. Dan is de reflectiviteit R =((n₁-n₂)/(n₁+n₂) + ((n₂-n₃)/(n₂+n₃))² = 4%.

• De reflectiviteit van droog glas is R = ((n₁-n₃)/(n₁+n₃))² = 4%

Dus de reflectiviteit van glas met een laag water die een molecuul dik is is niet te onderscheiden van de reflectiviteit van droog glas.

[Professor Puntje]

Ah bedankt. Jammer - het had wel leuk geweest als je een laagje moleculen in zekere zin kon zien. Ik heb nog weer even gekeken en ik zie inderdaad soms vlak voor het verdwijnen even regenboogkleuren.

[jkien]

Ik zie de kleurenkring beter bij het verdampen van alcohol. Hier op de foto op een zwart schoteltje, dat de hemel reflecteert. Voor jouw vraag naar de zichtbaarheid van laagdiktes kleiner dan een golflengte zou je buiten de gekleurde zone een kleurloos gebied van afwijkende helderheid willen zien, maar de natte plek eindigt daar vrij plotseling. Misschien dat de oppervlaktespanning een langzaam dunner wordende rand verhindert, of hij heeft dezelfde helderheid als het droge schoteltje.

[Professor Puntje]

Fraaie foto. Zo zien die kleuren eruit ja.