Kategorie
Kamienie szlachetne

Załamanie światła w krysztale

Załamanie światła w krysztale.

Promienie świetlne przechodzące przez naczynie wypełnione wodą ulegają załamaniu, jeżeli nie padają na powierzchnię wody pod kątem prostym. Im większy jest kąt padania promieni świetlnych, tym większe jest ich odchylenie od pierwotnego kierunku. Jeżeli włoży się do wody prosty pręt, powstaje złudzenie, jak gdyby uległ on złamaniu na granicy zetknięcia powierzchni wody z powietrzem. Na tym polega również mylne ocenianie głębokości w przezroczystej wodzie potoku lub jeziora; zawsze dno wydaje się bliżej niż jest w rzeczywistości.

Podobne zjawisko można zaobserwować w płytce szklanej, przez którą przepuszcza się wiązkę światła: ulega ona załamaniu, przyjmując po wyjściu z płytki pierwotny kierunek. Tak samo zachowuje się światło w przezroczystym krysztale jakiejś substancji krystalizującej w układzie regularnym, np. w krysztale soli kamiennej lub fluorytu, które są ciałami optycznie izotropowymi.

W płytce kalcytu, będącego ciałem optycznie anizotropowym, tj. nie krystalizującym w układzie regularnym, lecz w innym, można zaobserwować zjawisko odmienne. Wiązka promieni światła w kalcycie ulega nie tylko załamaniu, lecz i rozszczepieniu na dwie wiązki, które po opuszczeniu płytki kalcytu biegną równolegle do pierwotnego kierunku. Zjawisko to powstaje także wtedy, gdy wiązka promieni światła pada prostopadle na powierzchnię kryształu. Jeden z promieni przechodzi wtedy bez zmiany kierunku, drugi natomiast ulega odchyleniu. Po opuszczeniu płytki oba promienie biegną równolegle do pierwotnego kierunku.

Załamanie światła w kalcycie: a — skośne padanie promieni świetlnych, b — prostopadłe padanie promieni świetlnych, c — przy różnej grubości kryształu, d — przy przechodzeniu promieni przez dwa kryształy.

Jeżeli przezroczysty kryształ kalcytu położy się na papierze, na którym znajduje się czarny punkt, widoczne są dwa punkty. Im większa jest grubość kalcytu, tym większa będzie odległość między obu punktami (wyjaśnia to rycina). Od grubości bowiem ciała optycznie anizotropowego, różnokierunkowego zależy odległość między promieniami, które opuszczając to ciało biegną dalej równolegle do pierwotnego kierunku padania światła na jego powierzchnię. Druk umieszczony pod kryształem kalcytu jest widoczny jako druk podwójny. Ta własność podwójnego załamania światła występująca w kryształach optycznie anizotropowych nazywa się dwójłomnością. Promienie, które powstają w płytce optycznie anizotropowej nie mają jednakowych własności. Promień podlegający zwykłym prawom załamania nosi nazwę promienia zwyczajnego, drugi zaś — promienia nadzwyczajnego. Promień zwyczajny zachowuje się tak, jak w środowisku optycznie izotropowym i ma stały współczynnik załamania światła, natomiast współczynnik załamania światła promienia nadzwyczajnego ma wielkość zależną od kierunku. Na przykład współczynnik załamania światła kalcytu dla promienia zwyczajnego wynosi 1,65, zaś dla promienia nadzwyczajnego 1,48—1,65. Ciała, w których różnice współczynników załamania światła są duże, np. kalcyt (1,65—1,48 = 0,17), nazywa się silnie załamującymi światło, czyli silnie dwójłomnymi; ciała o małej różnicy współczynników załamania, np. kwarc (1,544—1,553 = 0,009) lub ortoklaz (1,526—1,518 = 0,008), nazywane są słabo dwójłomnymi.

Światło, które przeszło przez płytkę kalcytu ma inne własności niż światło zwyczajne. Światło o tych odmiennych własnościach nazywa się światłem spolaryzowanym. Drgania światła spolaryzowanego odbywają się w jednej płaszczyźnie, w przeciwieństwie do światła zwyczajnego o drganiach we wszystkich płaszczyznach prostopadłych do kierunku rozchodzenia się światła. Drgania promienia zwyczajnego i nadzwyczajnego są prostopadłe do siebie.

Coraz częściej do otrzymania światła spolaryzowanego używa się syntetycznych substancji dwójłomnych w postaci tzw. płytek polaroidowych, działających na zasadzie różnej absorpcji dwóch wiązek świetlnych. Eksploatowane przez dziesiątki lat w Islandii złoża kalcytu (zwanego, zwłaszcza dawniej, spatem lub szpatem islandzkim) uległy wyczerpaniu, a innych, równie dużych, dotychczas nie odkryto. Folia polaroidowa, z której wycina się płytki zastępujące pryzmaty kalcytu, składa się z drobnych kryształów herapatytu (jednosiarczanu chininy) ułożonych równolegle w spoiwie, noszącym nazwę mastyki nitrocelulozowej. Gdy na prawie przezroczystą folię nałoży się drugą, lecz pod kątem 90° lub do niego zbliżonym, następuje ściemnienie, analogiczne do obserwowanego w mikroskopie polaryzacyjnym po skrzyżowaniu pryzmatów kalcytowych tzw. nikoli.

W kryształach optycznie anizotropowych, charakteryzujących się podwójnym załamaniem światła, występują kierunki, w których nie ma podwójnego załamania. W kryształach należących do układu tetragonalnego, heksagonalnego i trygonalnego nie ma podwójnego załamania w kierunku głównej osi kryształu. Kryształy te nazywa się optycznie jednoosiowymi. Kryształy innych układów (rombowego, jednoskośnego i trójskośnego) mają dwa takie kierunki, w których nie ma podwójnego załamania; noszą one nazwę optycznie dwuosiowych. W kierunku osi optycznej światło zachowuje się jak w ciałach optycznie izotropowych, tj. w ciałach bezpostaciowych oraz w kryształach układu regularnego.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *