декември 25, 2017

Својства на Светлината и Испитување на Изотропик Супстанции

admin Uncategorized no responses.

OrigВоal page: http://www.tulane.edu/~sanelson/eens211/proplight.htm

EENS 2110 Минералогијата
Тулан универзитетот

Д-р Стефан А. Нелсон
Оптички својства на кристалите, анализи до х-зраци и директна хемиска, на располагање на повеќето релевантни карактеристики да се направи разлика и да ги идентификуваат минерали. Оптички својства зависат од начинот кој видлива светлина се пренесува преку кристал, а со тоа и се зависни од кристалната структура, кристално симетрија и хемискиот состав на минерал. Во цел да се разбере на оптички својства на кристали, ние прво мора да се разбере нешто за светлината и како таа се поврзува со материјата.

Светлина

Светлината е електромагнетно зрачење, кој има својства на бранови. Електромагнетниот спектар, можат да бидат поделени во неколку групи врз основа на бранова должина. Како што имаме дискутирано и порано, видлива светлина претставува тесен група на бранова должина помеѓу 380 nm и 730 nm.

Нашите очи се протолкува овие бранови должини како различни бои. Ако се присутни само една бранова должина или ограничен опсег на бранови должини и внесете нашите очи, што се толкува како одредена боја. Ако еден бранова должина е присутна велиме дека имаме монохроматски светлината. Ако се присутни сите бранови должини на видливата светлина, нашите очи го толкува ова како бела светлина. Ако се присутни нема бранови должини во видливиот спектар, ние го толкува ова како темно.

Интеракцијата на светлината со материјата

Брзина на светлината и индекс на прекршување

На енергија на светлината е поврзана со нејзината фреквенција и брзина како што следува:

E = h ν  = HC / λ

каде што Е = енергија
h = константна, 6,62517 x 10 Планк -27  ERG . sec
ν  = фреквенција
C = брзина на светлината = 2,99793 10 x 10   см / сек
λ  = бранова должина

На брзина на светлината, C, во вакуум е 2,99793 10 x 10 см/сек. Светлината не може да патува побрзо од ова, но ако таа патува низ супстанција, неговата брзина ќе се намали. Имајте на ум дека од равенката дадени горе

C =  νλ

Фреквенцијата на вибрации, ν, останува константна кога светлината минува низ една супстанција. Така, ако брзината, Ц, е намален за премин преку супстанција, на бранова должина λ, исто така, мора да се намали.

Ние тука се дефинираат индекс на рефракција, n, од материјал или материја како однос на брзината на светлината во вакуум, C, до брзината на светлината во материјал преку кој што поминува, Cm.

 

n = C/Cm

Имајте на ум дека вредноста на индекс на рефракција секогаш ќе биде поголема од 1,0, со оглед на Cm никогаш не може да биде поголема од C. Во принцип, Cm  зависи од густината на материјалот, со Cm  намалува со зголемување на густината. Така, поголема густина материјали ќе имаат повисоките индекси на рефракција.Индексот на било каков материјал на рефракција зависи од брановата должина на светлината, бидејќи на различни бранови должини се меша со различни ограничувања од страна на атоми што го сочинуваат материјалот. Во општиот индекс на рефракција се менува линеарно со бранова должина.

Материјали можат да бидат поделени во 2 класи врз основа на тоа како брзината на светлината на одредена бранова должина варира во материјалот.

  1. Материјали чиј индекс на рефракција не зависи од насоката во која светлината патува се нарекуваат изотопски материјали. Во овие материјали на брзината на светлината не зависи од насоката во која светлината патува. Изотопски материјали имаат еден, постојано индекс на рефракција за секоја бранова должина. Минерали кои се кристализира во еднаквоста систем, врз основа на нивната симетрија, се изотопски. Слично на тоа, стакло, гасови, повеќето течности и аморфни тела се изотопски.
  2. Материјали чиј индекс на рефракција зависи од насоката во која светлината патува се нарекуваат анизотропски материјали. Овие типови на материјали ќе имаат голем број на рефракција индексите помеѓу две екстремни вредности за секоја бранова должина. Анизотропски материјали можат да бидат поделени на две поткласи, иако причината за овие единици ќе стане јасно во подоцнежна предавање.
    1. Минерали кои се кристализира во тетрагонална и шестоаголни кристално системи (како и некои пластика) се едноосов и се карактеризира со 2 Extreme рефракција индексите за секоја бранова должина.
    2. Минерали кои се кристализира во триклинал, моноклинска, и ортохомбик кристално системи се биаксијален и се карактеризира со 3 рефракција индексите, од кои еден е средно помеѓу другите две.

Воздух, бидејќи тоа е гас, е изотопски. Индексот на рефракција воздух обично се зема како 1.0, иако неговата вистинска вредност е 1,0003.
Размислување и рефракција на светлината. Кога светлината штрајкови интерфејс помеѓу две супстанции со различни индекси на рефракција, се случуваат две работи. Инцидент зрак на светлина што паѓа на интерфејс во еден агол, јас, мерено помеѓу права нормална на интерфејсот и насока на ширење на зраци инцидентот, се гледа надвор од интерфејс во исто агол, i. Со други зборови, на аголот на рефлексија е еднаков на аголот на инциденца.
Ако вториот супстанција е транспарентна за светлина, тогаш зрак на светлина ќе влезат во супстанција со различни индекс на рефракција, а ќе биде прекршена, или свиткани, под агол r, на аголот на прекршување. На аголот на прекршување е во зависност од аголот на инциденцата и индексот на материјали од двете страни на интерфејс според рефракција  Законот Снел е : 

 

n i  sin (i) = n r  sin (r)

Имајте на ум дека ако аголот на инциденцата е 0o (т.е. светлината влегува нормално на интерфејс) дека некои од светлината ќе се одрази директно назад, и прекршеното ray ќе продолжи по истиот пат. Ова може да се види од законот Снел, бидејќи гревот (0o) = 0, со што гревот (r) = 0, и резултира со r = 0.
Исто така постои и еден агол, јасв, се нарекува критична агол за вкупната внатрешна рефлексија каде прекршеното ray патува по должината на интерфејс меѓу двете супстанции.

 

Апсорпција на светлината Кога светлината влегува во транспарентен материјал на некои од неговите енергија се троши како топлинска енергија, а со тоа го губи некои од неговите интензитет. Кога ова апсорпција на енергијата се случува селективно за различни бранови должини на светлината, тие го осветли кој добива пренесува преку материјалот ќе ги покаже само оние бранови должини на светлината кои не се апсорбираат. Пренесените бранови должини, а потоа ќе се види што се боја, наречен боја апсорпција на материјалот.
На пример, ако ние мерка на интензитетот на светлината, o, за секоја бранова должина пред да се пренесуваат преку материјал, како и мерење на интензитет, јас, за секоја бранова должина откако ќе помине низ материјалот, и заплетот I/Io  наспроти бранова должина кои ги добиваме кривата на апсорпција на тој материјал како што е прикажано тука. Кривата на апсорпција (континуирана линија) за материјали во овој пример покажува дека светлината излез од материјал ќе има жолто-зелена боја, наречен боја апсорпција. Матна супстанција ќе има кривата на апсорпција како што се етикетирани како “темно”, односно нема бранови должини ќе се пренесе.
Сончева светлина, за да мине низ атмосферата има кривата на апсорпција како што е прикажано, со што ние тоа го гледаат како бела светлина, бидејќи сите бранови должини се присутни.
Поларизација на светлината нормална светлина вибрира подеднакво во сите насока нормална на патот на размножување. Ако светлината е принуден да вибрираат само на авионот, сепак, ние се каже дека тоа е авион поларизирана светлина. Насоката дека светлината не почне да вибрира се нарекува насока вибрации, која за сега ќе биде нормално на правецот. Постојат две заеднички начини кои го осветли може да стане поларизирана.
  • Првата политика вклучува одраз исклучување на не-метални површина, како што се стакло или со боја. Еден неполаризиран зрак на светлина, вибрира во сите правци нормално на својот пат штрајкови таква површина и се гледа. Се гледа зрак ќе биде поларизирана со вибрации насоки паралелно на рефлектирачката површина (нормално на страница како што е наведено од страна на отворено кругови на патеката на зраци). Ако некои од оваа светлина, исто така, влезе во материјалот и се прекршува под агол од 90о на патот на што се гледа зрак, тоа исто така ќе стане делумно поларизирана, со вибрации насоки повторно нормално на патот на прекршувајќи зраци, но во рамнина нормална во насока на вибрации во рефлектираната зраци (на рамнината на хартијата, како што е прикажано на цртежот).
  • Поларизација исто така, може да се постигне со донесувањето на светлината низ супстанца која ја апсорбира светлината вибрира во сите правци, освен една. Анизотропски кристали имаат овој имот во одредени насоки, наречен привилегирани насоки, и ние ќе разговараат за овие својства кога ќе дискутираме едноосно напрегање и биаксијален кристали. Кристали се користи за производство на поларизирана светлина микроскоп изградени пред околу 1950 година Уредот што се користи да се направи поларизирана светлина во модерната микроскопи е Polaroid, трговско име за пластична фолија направени од страна на Polaroid корпорација. A Polaroid се состои од долг синџир на органски молекули кои се подредени во една насока на се става во пластична фолија. Тие се поставени доволно блиску за да формираат тесно распоредени линеарно мрежа, која им овозможува на премин на светлината вибрира само во иста насока како и мрежа. Светлина вибрира во сите други правци се апсорбира. Таков уред е исто така се нарекува поларизатор.

 

Ова се случува кога аголот r = 90о . Во овој случај, со примена на законот Снел е:  ni  sin (i c) = nr  sin (90 o) = nr    [бидејќи гревот (90 o ) = 1]sin (i c) = nr / ni
Дисперзија на светлината. Фактот дека рефракција индекси се различни за секоја бранова должина на светлината создава ефектот наречен дисперзија. Ова може да се види од блескавите зрак на бела светлина во триаголна призма направен од стакло. Бела светлина влезат како призма ќе биде рефлектирана во призмата од различни агли во зависност од брановата должина на светлината.
 Индекс на рефракција за подолги бранови должини (црвена) се пониски од оние за пократки бранови должини (виолетово). Ова резултира со поголем агол на рефракција за подолги бранови должини отколку за кратки бранови должини. (Што е прикажано тука се патеки направени за бранова должина од 800 nm, агол r800 и за бранова должина од 300 nm, агол r300). Кога светлината излегува од другата страна на призма, ние гледаме на различни бранови должини дисперзирани да се покаже на различни бои на спектарот.
 Ако зрак на не-поларизирана светлина налетува на поларизатор, само светлина вибрира паралелна со поларизирачки насока на поларизатор ќе им биде дозволено да помине. Светлината излегува на другата страна тогаш ќе биде авион поларизирана, а ќе се вибрира паралелна со поларизирачки насока на поларизатор. Ако друг поларизатор со својата насока поларизација ориентирани нормално на првиот поларизатор е поставена во предниот дел на зрак од сега поларизирана светлина, тогаш нема светлина ќе навлезат во вториот поларизирачки. Во овој случај ние се каже дека светлината е изгаснат.
Polaroid очила за сонце користите истите овие принципи. На пример, дојдовни сончевото зрачење се гледа надвор од површината на океанот или насликани хаубата на вашиот автомобил. Рефлектираната светлина излетаат на било кој од овие површини ќе се поларизирани, како што бараат насоките на вибрациите се паралелни на рефлектираната површина, или приближно хоризонтално (како во првиот метод на поларизација дискутирано погоре). Polaroid очила за сонце содржи поларизатори со правец на поларизација ориентирана вертикално. Облечен како очила ќе се намали од сите на хоризонтално поларизираната светлина се рефлектира од површината на водата или хаубата на вашиот автомобил.

На поларизирачки микроскоп

Во оптички минералогијата ние ги користиме на микроскоп наречен поларизирана микроскоп. Таквите микроскоп е опремен со две поларизатори кои вообичаено ориентирана така што нивната поларизација правци се под прав агол една со друга.
Светлина од извор на светлина се наоѓа под цевката и фаза на микроскоп е првично неполаризиран. Оваа светлина прво минува низ долниот поларизатор (обично само се нарекува поларизатор), каде што станува поларизирана, така што светлината е вибрира од корисниците десно кон лево. Овие насоки се нарекува Исток (десно и Западот (лево). Светлината потоа минува низ дупка во вртежниот фаза на микроскоп и влегува во долниот леќа, наречен  објективот. Монтирана во цевка микроскоп е вториот поларизирачки, наречен анализатор, Што може да се ротира или турка така што може да биде во патот на светлината (вметнати позиција) или не се во патот на светлината (анализатор на позиција). Анализаторот има насока поларизација точно нормално дека на долниот поларизатор Овие насоки се обично се нарекува север – југ. Ако анализаторот е во, тогаш авионот поларизирана светлина што доаѓа од долниот поларизатор ќе бидат блокирани, и нема светлина ќе се пренесува иако окуларна леќа погоре.
Ако анализатор е надвор, така што тоа не е во патот на светлината, тогаш поларизирана светлина ќе се пренесува преку окуларна време леќи. Следно ќе видиме како се користи овој микроскоп за да се испита изотопски материи и да се одреди нивната рефракција индекси.

Изотопски супстанции

Како што беше дискутирано погоре, изотопски супстанција се оние каде што брзината на светлината или индекс на рефракција не се разликуваат со насоката во супстанцијата. Супстанции како што се гасови, течности, чаши, и минерали кои се кристализира во еднаквоста во кристално систем се изотопски. Ние тука се воведе концептот на оптички имагинарна елипсоидна површина потоа да се погледне во она што го гледаме кога ќе погледнеме во изотопски материи преку поларизирана микроскоп. тогаш можеме да видиме како да се одреди индекс на рефракција на изотопски супстанции како средство за да се идентификуваат, а потоа да се на прв поглед на едноосно напрегање материјали.

На изотопски имагинарна елипсоидна површина

Концептот на оптички имагинарна елипсоидна површина е важно како визуелен начин на гледање на начинот на индекс на рефракција варира во зависност од насоката во една супстанција. За изотопски минерали и супстанции имагинарна елипсоидна површина е прилично тривијална, бидејќи индексот на рефракција не се разликуваат со насока.
Оптички имагинарна елипсоидна површина е само три димензионален објект изграден со цртање вектори на должина пропорционална на индекс на рефракција на светлината вибрира паралелно со насоката на векторот од една централна точка. Краевите на сите на векторите потоа се поврзани за да формираат имагинарна елипсоидна површина. За изотопски минерали имагинарна елипсоидна површина е сфера како што може да се види тука. На имагинарна елипсоидна површина може да се стави било каде во или на кристално толку долго како кристалографски правци во имагинарна елипсоидна површина се движат паралелно со себе. Повторно, за изотопски имагинарна елипсоидна површина, ова е прилично тривијална од индекси на рефракција не одговараат на кристалографски насоки и индексите на рефракција се исти во сите правци, но корисноста на концептот на имагинарна елипсоидна површина ќе стане многу појасно кога ќе погледнеме во анизотропски супстанции.

 

Изотопски супстанции и поларизирана светлина

Како што беше дискутирано последен пат, поларизирана микроскоп има две поларизатори. Долниот поларизатор (често само наречен поларизатор) е над извор на светлина, и на тој начин создава поларизирана светлина која вибрира во насока на Исток Запад. Горниот поларизатор, наречен анализатор, е поларизирана да се создаде поларизирана светлина вибрира на 90o  на онаа произведена од страна на пониските поларизатор. Така, ако има само воздух, на изотопски супстанција, меѓу двете поларизатори, вибрира светлина EW е сосема елиминирана на анализатор, и нема светлина поминува низ окуларна леќа. Изотопски супстанции не ја менува својата насока на вибрации на светлината како светлина поминува низ супстанција.
Значи, ако ние се постави минерални зрна на предметно стакло (стакло е исто така изотопски), и да ги видите жито преку окуларна леќа со анализаторот не е вметната во патот на светлината, ќе биде во состојба јасно да се види на жито. Ако жито селективно се апсорбира светлина на одредени бранови должини, а потоа на жито ќе се покаже неговата апсорпција боја. Ако ние сега внесете анализатор во патот на светлината, светлината излегува на жито и понатаму ќе се поларизирани во насока на EW, бидејќи изотопски супстанции направи не ја менува својата насока на поларизација и анализатор ќе се намали од сето ова светло. Така, нема светлина излегува на минералните зрна ќе помине низ анализаторот. На тој начин, минерали се вели дека е исчезнат во оваа позиција.Слично на тоа, ако ние ги ротира на сцената на микроскоп, а со тоа и ротирање на жито, тој ќе остане изумрен за сите ротација позиции. (Се разбира ова е, исто така, важи и за стаклени на кои почива жито, од стакло е, исто така, изотопски).
Ова е основно средство за да се утврди дали или не една супстанција е изотопски. Тоа е, се ротираат на жито на сцената на микроскоп со анализаторот е вметната. Ако зрното останува исчезнат во текот на 360o ротација на сцената, а потоа на минерални или супстанција на сцената на микроскоп е веројатно изотопски.

Одредување на индекс на прекршување, за изотопски материи: Метод за потопување

Во изотопски супстанции, постојат само две оптички својства кои може да се утврди. Еден од нив е боја на апсорпција, како што беше дискутирано погоре. Другата е индекс на рефракција. Табели на рефракција индекси за изотопски минерали, листа само индекс на рефракција за една бранова должина на светлината. Избрани бранова должина е 589 nm, што одговара на жолта боја. Таквата бранова должина ќе биде даден исклучување на светлото натриумова пареа. Бидејќи тие се скапи и да произведуваат многу топлина, лампи натриумова пареа не се генерално се користи во оптички минералогијата. Наместо тоа, ние ги користиме бела светлина. Сепак, како што ќе видиме подоцна, ние може да се утврди на индекс на рефракција на 589 nm.

На определување на индекс на рефракција на една изотопски супстанција е направен од страна правејќи споредба со една супстанција на познати индекс на рефракција. Материјалите за споредба користи се нарекува индекс на рефракција масла. Овие се миризливи органски масла кои се калибрирани во текот на еден спектар на рефракција индекси 1,430-1,740 во интервали од 0.005. Како што ќе видиме во лабораторија, зрна од непозната супстанција се поставени на предметно стакло, покритие стакло се става во текот на зрна, и се воведува на индекс на рефракција на нафта да се опколи целосно зрна. Ова се нарекува метод на потопување.
Тогаш зрна се забележани со анализаторот не е вметната. Ако жито има индекс на рефракција дека е многу различен од индекс на рефракција на масло, а потоа границите на жито ќе се издвојува силно до околните масло. Жито, тогаш ќе се рече да покаже висок релјеф во однос на нафта. Висок релјеф укажува на тоа дека на индекс на рефракција на жито е многу различно од индекс на рефракција на нафта. Тоа не ни каже дали индекс на рефракција на жито е помала или поголема од нафта.
Ако индекс на рефракција на жито и нафта се поблиску, а потоа преглед на жито нема да се издвојуваат како многу од нафта. Во овој случај, жито се вели дека е плиток релјеф во однос на нафта. Повторно, плиток релјеф само покажува дека жито и нафта имаат слични индекси на рефракција, и не укажуваат на тоа дека жито како помал или поголем индекс на рефракција од нафта. Индекс на рефракција на жито е иста како индекс на рефракција нафта, границите на жито не ќе бидат видливи. Тоа е да се каже дека жито целосно ќе исчезне во масло. Во овој случај на жито се вели дека постои спас во однос на нафта.Со цел да се утврди дали жито или масло има повисок индекс на рефракција, метод наречен линија Метод на Беке се користи.

Линија Метод на Беке

Зрното опкружен со масло кога се гледа низ микроскоп фокусирани малку над позицијата на најострите фокусот ќе прикаже две линии, една темна и една светла што концентрични со границата на жито. Посветлата на овие редови се нарекува Беке линија и секогаш ќе се случи најблиску до супстанција со повисок индекс на рефракција. Ова може да се користи за да се утврди дали на жито или масло има повисок индекс на рефракција.
За да го користите овој метод, прво се фокусира на микроскоп како остро како е можно на жито од интерес. Тоа е исто така корисно да се користи на ирисот дијафрагмата за намалување на одредување на дојдовните светлина колку што е можно. Ова ќе го направи линија Беке издвоите подобро. Потоа со помош на прилагодување на парична казна фокус бирање фаза микроскоп се намалува (или објективот е подигната) малку надвор од фокусот. Во текот на ова зголемување на фокусна далечина еден забележува движење светла Беке линија. Ако линијата Беке се движи нагоре, индекс на рефракција на жито е поголема од индекс на рефракција на oil.It е важно да се запамети дека тестот за Беке линија се врши со зголемување на растојанието помеѓу жито и на леќата на објективот. Така, вие не треба да се запаметат на кој начин да го претворат копчето фокусирање, бидејќи тоа може да биде различно од различни брендови на микроскопи.
Забележете исто така дека ако фокусна далечина се намалува, наместо да се зголеми, тогаш спротивни резултати ќе се добијат, односно со намалување на фокусна далечина светла Беке линија ќе се преселат во супстанција со понизок индекс на рефракција.
По некое зрно со индекс на рефракција помала од онаа на нафта, ќе бидат забележани спротивен ефект. При подигање на објективот или намалување на сцената, така што жито оди малку надвор од фокусот, ако светла Беке линија се движи во масло, а потоа на масло има индекс на рефракција поголема од онаа на методот на жито. Ова на тој начин може да се користи за почнете да го стесните на индекс на рефракција на жито. На пример, да речеме дека ние Првиот стави зрна на некоја непозната минерал во масло со индекс на рефракција на 1.540. Во оваа нафта, да речеме тест Беке линија покажува дека нафта има повисок индекс на рефракција од жито. тогаш може да се избере за нашиот следен тест за да се стави на непознат зрна во нафта со понизок индекс на рефракција. Ако релјефот е многу висока, тогаш ние ќе знаеме да изберете масло со многу помал индекс на рефракција.
Така, од вршење на неколку тестови во неколку различни масла, ние на крајот може да се најде на нафта, која има индекс на рефракција што точно се совпаѓа со онаа на жито. Во таков случај жито нема да има олеснување во однос на нафтата и на тој начин ќе исчезнат во нафта. Но, ова не мора да биде точно на линии Беке. Потсетиме дека од погоре рековме дека рефракција индекси за жито (а исто така и масла) се пријавени за одредена бранова должина на светлината. Тоа бранова должина од 589 nm, што одговара на жолта боја. Бидејќи ние сме со користење на бела светлина како осветлувач за нашата жито, линијата Беке ќе бидат различни за различни бранови должини или бои на светлината.