Schlierenfotografie

Die Schlierenfotografie ist eine Fototechnik, die 1864 vom deutschen Chemiker und Physiker August Toepler entwickelt wurde. Sie wird zur Abbildung von örtlichen Schwankungen des Brechungsindex in Flüssigkeiten und Gasen verwendet.

Dabei kann es sich um die zeitgleich stattfindende Vermischung oder Lösung verschiedener Stoffe miteinander, um thermische Konvektionsbewegungen oder zum Beispiel um Luft-Stoßwellen um fliegende Projektile oder Profile im Windkanal handeln.

Anwendung findet das Schlierenverfahren dementsprechend in der Strömungstechnik, der Ballistik, der Untersuchung der Ausbreitung und Vermischung von Gasen und Lösungen, und der Untersuchung des Wärmeaustausches durch Konvektion.

Die nebenstehende Abbildung zeigt das Funktionsprinzip der Schlierenfotografie. Die zu untersuchende Volumenregion bzw. Schicht (hier: eine brennende Kerze mit Konvektion) (1) wird von links mit parallelem Licht (z. B. eine Punktlichtquelle + Kollimator, beides nicht abgebildet) beleuchtet und durch ein Objektiv (2) auf dem Schirm (4) abgebildet. Der Großteil des Lichts (gelbe Pfeile) trifft auf eine Blende (3), oft in Form einer Kante. Dichteschwankungen eines inhomogenen Mediums in der Schicht (1) leiten einen Teil der Lichtstrahlen (grüner Pfeil) an der Blende (3) vorbei; fast nur dieses Licht erzeugt das Abbild auf dem Schirm. Die Helligkeitsschwankungen dieses Abbildes entsprechen den örtlichen Gradienten des Brechungsindex, veranlasst durch die Dichteschwankungen bzw. Vermischung. Für ein kontrastreiches Bild der Strömung muss das Licht scharf auf die Kante der Blende (3) fokussiert werden, was durch eine möglichst punktförmige Lichtquelle und die Anordnung der Blende in der Bildebene der Lichtquelle erreicht wird.