Природа света по отношению к минералам

Чтобы объяснить природу света в целом, необходимо прибегнуть к двум теориям — волновой и корпускулярной. Однако здесь с позиций волновой теории объясняются оптические свойства кристаллов. По этой теории видимый свет, составляющий часть спектра электромагнитных колебаний, распространяется прямолинейно и характеризуется поперечным волновым движением, т. е. его колебания расположены под прямым углом к распространению. Это волновое движение подобно тому, которое возникает в воде от брошенного камня, когда волны расходятся от центральной точки. Движение воды происходит вертикально — она поднимается и опускается, — вперед движется только фронт волны. Длина волны такого волнового движения (λ) — это расстояние между соседними вершинами (или впадинами) волны; амплитуда — величина смещения точки максимума или минимума из положения равновесия; частота — это число волн, проходящих за секунду через определенную точку; скорость равна частоте, умноженной на длину волны. Точно так же волны света (рис. 6.1) характеризуются длиной, амплитудой, частотой и скоростью, но их поперечные колебания происходят не в одном направлении, как у плоской волны, а во всех возможных направлениях, перпендикулярных направлению распространения света. Видимый свет составляет очень незначительную часть частот спектра электромагнитных волн. Длина волны определяет цвет и изменяется от значений, близких к 7000 А в красной области до значений, близких к 4000 А в фиолетовой области. Белый свет представлен длинами волн, занимающими весь этот диапазон, а свет с определенной длиной волны называется монохроматическим.

Отражение и преломление света

Когда свет проходит из среды с меньшей плотностью, например Из воздуха, в среду с большей плотностью, например стекло, часть его отражается от поверхности, а часть проникает внутрь (рис. 6.2). Движение отраженного луча подчиняется закону отражения, который гласит: а) угол падения i равен углу отражения r', причем оба угла измеряются от вертикальной поверхности, и б) углы падения и отражения лежат в одной плоскости. Свет, проходящий внутрь стекла, распространяется в нем с меньшей скоростью и отклоняется от направления движения его в воздухе, т. е. преломляется. Величина преломления зависит от угла падения и соотношения скоростей движения луча в двух средах; чем больше угол падения и различие скоростей, тем больше преломление.

Показатель преломления

Показатель преломления вещества (n) определяется как отношение скорости света в воздухе (V) к его скорости в веществе (v), т. е. n = V/h. Так как скорость света в воздухе принимается равной 1, n = 1/v, т. е. показатель преломления — величина, обратная скорости света в данной среде. Точное соотношение между углом падения (i) и углом преломления (r) дает закон Снелля, который обычно выражается формулой sin г/sin r = n, где константа n и есть показатель преломления. Скорость света в стекле равна частоте, умноженной на длину волны; следовательно, при постоянной частоте, чем больше длина волны, тем больше скорость. Красный свет, имеющий большую длину волны, имеет большую скорость, чем фиолетовый, поэтому в силу обратной зависимости между скоростью и показателем преломления n для красного света будет меньшим, чем для фиолетового (рис. 6.3). Таким образом, показатели преломления кристалла для света с различными длинами волн различны. Это явление известно как дисперсия показателя преломления, поэтому для точного определения показателя преломления используется монохроматический свет.