При прохождении света из среды с меньшим показателем преломления в среду с большим показателем преломления угол преломления меньше угла падения. Если же свет идет из среды с большим показателем преломления, то угол преломления больше угла падения. Поэтому из пучка лучей найдется луч, который после преломления пойдет по границе сред. Угол падения такого луча называется предельным.
При угле падения, большем предельного, падающий луч полностью отразится от поверхности раздела двух сред (рис. 11). Это явление носит название полного внутреннего отражения. Таким образом, полное внутреннее отражение наблюдается тогда, когда луч из среды с большим показателем преломления попадает в среду с меньшим показателем преломления под углом, превышающим предельный. Чем значительнее разница в показателях преломления двух сред, тем меньше предельный угол и тем большая часть падающих лучей испытает полное внутреннее отражение.
Луч естественного света, войдя в кристалл, преломляется и разделяется на два луча, идущих с различными скоростями и поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Такое явление называют двойным лучепреломлением, или двупреломлением.
Рис. 11. Преломление света на границе двух сред с различными показателями преломления.
N > n. j - предельный угол падения. Луч 4 испытывает полное внутреннее отражение.
Рассмотрим два случая двупреломления лучей. Один из возникших при двупреломлении лучей идет с одинаковой скоростью по разным направлениям в кристалле, а другой меняет скорость в зависимости от направления. Первый луч называют обыкновенным (ordinarius) и обозначают о, а второй – необыкновенным (extraordinarius) и обозначают е.
Явление двупреломления связано с анизотропностью кристаллов, т.е. с неодинаковыми свойствами кристаллов. В веществах с одинаковой скоростью распространения света двупреломление не происходит. В анизотропных веществах двупреломление происходит во всех направлениях (кроме направлений оптических осей).
ГЛАВА 4. УСТРОЙСТВО ПРИЗМЫ НИКОЛЯ И
ХОД ЛУЧЕЙ ЧЕРЕЗ НЕЁ.
Входя в кристалл, световой луч, разбивается на два луча, распространяющихся с разными скоростями и поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
При выходе из кристалла, световые колебания одного пучка будут перпендикулярны по отношению к световым колебаниям второго. Для того чтобы, получить свет, поляризованный в одной плоскости, достаточно погасить один из указанных световых пучков. Что выполняется в призме Николя.
Призма изготавливается таким способом; кристалл прозрачного кальцита (исландского шпата – СаСО3) разрезается под определенным углом к ребрам на две части. Затем обе части склеиваются особым клеем - канадским бальзамом. Показатель преломления канадского бальзама n ≈ 1,54.
Параллельный пучок света, входя а призму, разбивается на два распространяющихся с различными скоростями поляризованных световых пучка. Для одного из этих пучков показатель преломления кальцита 1,53 – 1,54, для другого – 1,658. Обратим внимание но то, что первый показатель почти равен показателю преломления канадского бальзама. Световой пучок, соответствующий ему, беспрепятственно проходит сквозь прослойку бальзама с близким ему показателем преломления.
Второй пучок, соответствующий большему показателю преломления (1,658), дойдя до упомянутой прослойки, должен преломиться.
При изготовлении призмы Николя плоскость ее разреза ориентируется так, чтобы второй пучок испытал полное внутренне отражение. Таким образом, достигнув прослойки канадского бальзама, этот пучок не проходит через нее, а целиком отражается, поглощаясь зачерненной оправой призмы Николя. В результате из двух световых пучков через николь проходит лишь один, отвечающий показателю преломления 1,53 – 1,54.
ГЛАВА 5. Изучение оптических свойств
кристаллов при одном Николе
5.1. ИЗУЧЕНИЕ ФОРМЫ КРИСТАЛЛОВ И СПАЙНОСТИ
Формы кристаллов зависит от кристаллографических особенностей минерала, условий кристаллизации, химического состава и др. В условиях свободного роста образуются кристаллы, которые обладают правильными, присущими только данному минералу формами. В шлифах минерал обычно встречается в виде неправильных, округлых зерен и значительно реже представлен широко таблитчатыми или несколько удлиненными кристаллами с бипирамидальными окончаниями. Для кристаллов слюды характерен пластинчатый облик, а в шлифах они часто имеют шестиугольную или вытянутую – призматическую, шестоватую форму.
Если кристаллы в процессе роста приобретают свою характерную форму только частично, они называются гипидиоморфными.
В тех случаях, когда кристаллы минералов не имеют правильных кристаллографических очертаний и образуют зерна неправильной формы, они называются ксеноморфными.
Степень идиоморфизма минералов
Зерна: 1 – идиоморфные, 2 – гипидиоморфные, 3 - ксеноморфные
Наиболее часто минералы в шлифах наблюдаются в виде зерен изометрической, таблитчатой, призматической формы, реже встречаются минералы, которым присущи шестоватая и игольчатая формы (рис.13).
Форма зерен минералов
1 – изометрическая, а/b=1; 2 – таблитчатая, а/b от 2 до 4;
3 – призматическая, а/b от 4 до 10; 4 – шестоватая,
а/b от 10 до 20; 5 – игольчатая, а/b
Спайность – это свойство кристаллов раскалываться (расщипляться) при ударе или давлении по определенным направлениям (чаще всего параллельно граням). В зернах минералов, обладающих спайностью, наблюдается система параллельных трещин, хорошо заметных под микроскопом. Под микроскопом различают минералы с совершенной и несовершенной спайностью. Минераллы, обладающие совершенной спайностью, наблюдаются тонкие, четкие трещины параллельные друг другу (рис. 14, а).
У минералов с несовершенной спайностью линии трещин чаще широкие или прерывистые, но могут быть тонкими и извилистыми, не всегда строго параллельными. Однако единое направление трещин видно достаточно отчетливо (рис. 14, б, в). Минералы не обладающие спайностью, не имеют трещин, либо они неровные, извилистые и беспорядочные (рис. 14, г).
Типы спайности
Трещины спайности могут проходить в разных направлениях.
Так например в одном направлении можно наблюдать у слюды, в двух минералы группы полевых шпатов, амфиболов, пироксенов и др., в трех кальцита, доломита, галита и некоторых других минералов, в четырех у флюорита и шести у сфалерит направлениях.
Для минералов, имеющих спайность в двух и более направлениях, один из диагностических признаков – величина угла между трещинами - угол спайности. Особенно важно его определение для минералов группы амфиболов и пироксенов, сходных между собой по ряду других оптических констант и резко различающихся по величине угла спайности. У первых он составляет 56°, а у вторых - 87° (рис. 14, д, е).
5.2. ИЗУЧЕНИЕ ЦВЕТА И ПЛЕОХРОИЗМА МИНЕРАЛОВ
Минералы также различают по цвету зерна и выделяют две группы, непрозрачные – полностью поглощающие световые лучи и прозрачные – полностью или частично пропускающие свет. К первой относятся в основном рудные минералы. Ко второй относят породообразующие минералы.
В шлифах минералы могут иметь другой цвет. Окрашенными в шлифах выглядят минералы, которые лучи разных длин волн поглощают их по-разному. Бесцветными кажутся минералы, поглощающие одинаковые лучи с различной длиной волны.
Большинство окрашенные минералы, кристаллизующиеся во всех сингониях кроме кубической, обладают плеохроизмом. Плеохроизмом называется свойство кристаллов изменять окраску в зависимости от направления световых колебаний, проходящих через них. Оно обусловлено различным характером поглощения световых лучей по разным направлениям в кристалле и проявляется при изучении окрашенных минералов под микроскопом при одном николе.
У минералов, обладающих плеохроизмом, наблюдается постепенное изменение окраски.
У одних минералов плеохроизм выражается в изменении цвета, у других – в изменении интенсивности окраски, у третьих – в изменении и цвета, и интенсивности.
5.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ МИНЕРАЛОВ.
Показатель преломления n – один из важнейших диагностических признаков минералов. Определение его, в зависимости от цели исследования, проводится разными методами с различной степенью точности. Для наиболее точного определения величины показателя преломления пользуются кристалл-рефрактомером. Измерение показателя преломления этим прибором основано на явлении полного внутреннего отражения при падении световой волны из среды, более сильно преломляющей, в среду, преломляющую менее сильно. Величина показателя преломления минерала вычисляется по формуле:
n – N sin j,
где N – известный показатель преломления стеклянного полушария (от куда падает световая волна); j - угол падения луча. Кристалл-рефрактометр позволяет измерять показатели преломления кристаллического и некристаллического вещества при условии, что их значения не превышают величины N.
5.4. СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ МИНЕРАЛОВ.
В научно-исследовательских и производственных лабораториях показатели преломления минералов чаще всего определяют иммерсионным методом. Суть метода заключается в том, что пользуясь специальным набором жидкостей с разными, заранее известными показателями преломления, подбирают две жидкости с разницей величин n в 0,003. Причем, значение n одной жидкости будет больше n исследуемого минерала, а другой – меньше. Одно из существенных преимуществ этого метода – возможность его использования для определения даже мелких зерен, размером в десятые доли миллиметра.