Преломление света и показатели преломления минералов

Преломление света в минералах. Скорость света зависит от плотности вещества, через которое он проходит. При переходе из одного вещества в другое происходит изменение скорости, которое приводит к преломлению света. Если луч света падает на границу изотропной среды перпендикулярно к ней, то скорость света изменяется, но направление остается прежним. Если угол падения косой, то изменяется как скорость, так и направление распространения света (рисунок 1.3). Угол, образованный между перпендикуляром к поверхности раздела сред и падающим лучом света называется углом падения (i), а угол между перпендикуляром к поверхности раздела сред и преломленным лучом – углом преломления (r).

По закону Снеллиуса-Декарта для двух граничащих сред отношение синуса угла падения к синусу угла преломления является величиной постоянной. Эта величина равна отношению скоростей света в двух средах. Это можно вычислить по схеме, показанной на рисунке 1.3.

Sin i = t · ν₁ : a; Sin r = t · ν₂ : a; Sin i: Sin r = ν₁: ν₂= Const = n (1)

Эта величина обозначается «n», это относительный показатель преломления света во второй среде по отношению к первой. Относительный показатель преломления в среде (n_м) берут по отношению к скорости прохождения света в воздухе (ν_в) или вакууме (ν_вак). Таким образом, относительный показатель преломления света в воздухе (или в вакууме) определяется как отношение скорости света в воздухе к скорости света в минерале.ν_в:ν_м = n_м, так как ν_вак:ν_в = 1,0003. В принципе, можно вообще не принимать во внимание эту разницу. Скорость света в минерале гораздо ниже скорости света в воздухе или вакууме (ν_в>ν_м), поэтому показатели преломления минералов всегда больше единицы. Показатели преломления минералов и скорости света в минералах обратно пропорциональны, т.е. чем больше показатель преломления минерала, тем меньше скорость прохождения света в нем.

Луч света, переходя из минерала с меньшим показателем преломления в минерал с большим показателем преломления, отклоняется ближе перпендикуляру к их границе. При обратном распространении луч отклоняется от перпендикуляра к границе двух сред. Луч из минерала с большим показателем преломления в минерал с меньшим показателем преломления падая под определенным углом () может преломиться в луч, который идет параллельно границе двух сред (рисунок 1.3). Такой угол () называется предельным углом для данных двух сред.

Рисунок 1.3 – Преломление на границе двух сред: 1 – если луч света падает перпендикулярно границе, 2 – при наклонном угле падения луча, 3 – полное отражение луча

Если угол падения луча будет больше предельного угла, то тогда происходит полное отражение света. В этом случае угол отражения будет равен углу падения. Чем большую разницу имеют показатели преломления двух сред, тем меньшее значение имеет предельный угол.

Все минералы по своим преломляющим качествам могут быть изотропными (равносвойственными по всем направлениям) и анизотропными (разносвойственными), это зависит от внутреннего строения минералов. Минералы аморфные или кубической сингонии относятся к изотропным, а минералы средних и низших сингоний относятся к анизотропным минералам.

Как известно, минералы кубической сингонии имеют высшую категорию симметрии. Параметры их элементарной ячейки равны: a_x=b_x=c_z. Поэтому свет по всем направлениям таких минералов проходит с одинаковой скоростью и показатель преломления по всем направлениям один и тот же. Все минералы кубической сингонии имеют различные показатели преломления. К примеру, содалит имеет показатель преломления 1,490, флюорит – 1,434.

В минералах средних сингоний (тригональной, тетрагональной, гексагональной) параметры элементарной ячейки по двум направлениям одинаковые, по третьему – отличается от двух первых: a_x=b_x¹c_z. Таким образом, скорость света в минералах этой сингонии по двум направлениям будет равна между собой, но отличаться по третьему направлению. Т.е. показатели преломления в двух направлениях равны, а по третьему - отличен. Поэтому они характеризуются двумя показателями преломления. Больший показатель преломления обозначается n_g, меньший - n_p.

Параметры элементарной ячейки минералов низших сингоний (ромбической, моноклинной, триклинной) по трем направлениям различны: a_x¹b_x¹c_z. Поэтому и скорости распространения света, и показатели преломления минералов по трем направлениям не равны друг другу. Поэтому они характеризуются тремя показателями преломления. Показатель с большим значением обозначается n_g (g - grand, фр. большой), с меньшим - n_p (p - petit, малый), с промежуточным - n_m (m - moyen, средний).