книги из ГПНТБ / Стойбер, Р. Определение кристаллов под микроскопом

Ф и г. 1-8. Преломление света на границе двух изотропных веществ.

sin AOF sin NOG ’

и уравнение (1-9) упростится, приобретая вид

сред. При этом в обоих случаях одна из сред изотропна и скорость

Фи г. 1-9. Преломление света, проходящего из изотропной среды

ванизотропную.

косо ориентированного К поверхности раздела, в среду с меньшей скоростью света направление его распространения отклоняется в сто­ рону перпендикуляра к границе сред. Это же положение часто изла­ гается исходя из величин показателей преломления: свет, поступаю­ щий в вещество с большим показателем преломления и падающий на­ клонно к поверхности раздела сред, отклонится к нормали. Это по­ ложение вытекает и из уравнения( 1 - 9 ) .Справедливо также и обрат­ ное положение, гласящее, что свет, поступающий в вещество с мень­ шим показателем преломления и падающий наклонно к его границе, отходит от перпендикуляра к поверхности раздела.

Если свет падает перпендикулярно к поверхности вещества, как изотропного, так и анизотропного (фиг. 1 -1 0 и 1- 1 1 ), то направ­ ление распространения падающего света не меняется, несмотря на

лены окружностями и эллипсами, построенными относительно точек

на границе сред не происходит. Таким образом, правило Снеллиуса нельзя применить, если свет падает перпендикулярно к поверхности

скопических исследованиях кристаллов обычно выбираются плоские их обломки или срезы с взаимно параллельными верхней и нижней сторонами. Свет в большинстве случаев падает перпендикулярно к объекту. В таких условиях значительно проще изучаются анизотроп-

4 . Хотя направления распространения волны в двух лучах поля­ ризованного света совпадают, взаимная перпендикулярность направ­ лений их колебания позволяет порознь изучать каждый из лучей.

5 . Поскольку направление колебаний связано с соответствующим направлением распространения света, которое в свою очередь связа­ но с показателем преломления, направления колебаний можно увязы­ вать с показателями преломления.

Исходя из вышеизложенных положений, при микроскопических ис­ следованиях анизотропных веществ главное внимание следует уделять

ев прямого падения света), преломляется в разной степени. Появле­

ние двух лучей иллюстрируется опытами с кристаллом кальцита, рас­ смотренным ниже. Мерой различия двух возникающих лучей служит

так называемое двупреломление (сокращенно В ).

меньший показатели преломления. Таким образом, двупреломление вещества отражает максимальную разницу его показателей прелом­ ления. Это выражение сохраняет силу и для любого разреза или об­ ломка кристалла, причем во всех случаях Ng и Np означают наи­ больший и наименьший показатели преломления, каждый из которых

связан с одним из двух направлений колебания, перпендикулярных к конкретному направлению распространения луча. Практически это

направление обычно перпендикулярно границам кристалла и параллель­ но оси микроскопа, так что два направления колебания располагают­ ся в плоскости столика микроскопа. Поскольку Ng и Np случайного разреза обычно не совпадают с наибольшим и наименьшим показате­ лями вещества в целом, двупреломление отдельных разрезов, как правило, меньше полной его величины. Так как вдоль оптической оси все лучи проходят с оди аковой скоростью, в разрезах, перпендику­ лярных к оптической оси анизотропных кристаллов, двупреломление

показателем преломления, отклоняется от перпендикуляра к этой по­ верхности раздела и при некотором угле падения будет уже сколь­

тическим углом. При еще большей величине угла падения свет пол­ ностью отражается в ту среду, из которой он поступает (полное

F

Численную величину критического угла вещества с большим пре­ ломлением в сочетании с другой средой, имеющей меньший показа­ тель преломления, можно определить из простых соотношений, выве­ денных по закону Снеллиуса - уравнение (1 - 9 ) . Обозначим крити­

В том случае, если веществом с меньшим показателем является воздух, величину /Ѵр можно принять равной единице, и уравнение (1 -1 2 ) упростится:

Ng

Для анизотропных веществ критический угол для любого направ­ ления распространения волн можно вычислить по величине показате­ ля преломления в этом направлении. Поскольку свет, вступающий в среду с большим показателем преломления, преломляется в направ­ лении к нормали к поверхности раздела, в такую среду он всегда проникает при любом угле падения.

ЦВЕТ

Цвет света зависит от частоты колебаний его волн, достигающих глаза. При поступлении света из одной среды в другую частота ко­ лебаний не изменяется. Поскольку, однако, при этом скорость света меняется, длина волны должна также изменяться в соответствии с уравнением ( 1 - 4 ) . В воздухе окраска, скорость, частота и длина волны света настолько постоянны, что его можно принять в качестве стандартной среды для большинства оптических сопоставлений. В свя­ зи с этим, говоря об окраске в воздухе, что обычно и приходится

наблюдать, мы можем определять ее длиной волны. В табл. 5.1—2) приведены типичные величины длин волн некоторых стандартных цветов.

Монохроматический свет. Монохроматическим называют свет, который дают волны с небольшим колебанием длины. Такой свет гла­ зу представляется одноцветным. Монохроматическим можно также назвать свет, в котором присутствуют волны самых различных длин, но интенсивнее всех остальных лишь свет какой-нибудь определен­ ной длины волны.

Белый Свет. Белый свет состоит из волн самой различной дли­ ны, в том числе всех волн, различимых глазом, или, что то же, све­ та всех цветов радуги, поскольку последняя представляет солнечный свет, разложенный на составные части. Источником белого '■ 'вѳта могут служить облака или чистое небо.

происходит преломление. При прохождении через такую границу со­ ставные части белого света преломляются по-разному, в прямой за­ висимости от скорости их распространения и в обратной от длины волны. Этот эффект можно наблюдать при прохождении света сквозь

с законом Снеллиуса и угол отклонения у синего света будет больше. Неравное преломление разноокрашенных лучей, составляющих белый свет, называется дисперсией. Это явление наблюдается для всех крис­ таллических веществ и жидкостей. Иногда его называют дисперсией показателей преломления, для того чтобы отличить от более сложных

Любая прозрачная призма даст тот же эффект, но в разных ве­

ществах углы расхождения лучей разного цвета будут явно различ­ ными. - Прим. ред.

кристаллах. Типы дисперсии рассмотрены более детально ниже, по­ сле обсуждения природы спектра света.

Спектр. Совокупность и взаимное расположение световых волн разной длины, возникших в результате дисперсии белого света, на­ зываются его спектром. Обычно спектр получают при помощи приз­ мы или специальной решетки, которые входят в устройство спектро­ скопов. На фиг. 1 -1 5 показана оптическая система простого спек­ троскопа. Свет от источника фокусируется на щели, через которую он

Ф и г . 1-14. Спектр, возникающий при преломлении белого света, проходящеь го через стеклянную призму.

Цифрами указана длина волн.

Источник

света

Фиг-. 1-15. Схема спектроскопа.

R и V —соответственно положения красного и фиолетового света, различно преломленных призмой. Расхождение траекторий R и V внутри призмы не учтено.

направляется на призму. Проходя через призму, волны разной длины в результате различных скоростей их распространения преломляются под разными углами, так что создается возможность наблюдать их порознь. В более сложных приборах - спектрографах или спектро­ метрах - вместо непосредственного наблюдения спектр фиксируется

38 Глава 1

на фотопленке или светочувствительной электронной системой. Мож­ но получать спектры, характеризующие источник света, или спектры абсорбции света веществом, через которое он проходит.

В зависимости от природы источника света различают несколько типов спектров. Атомы, возбужденные в электрической дуге или пла­ мени, дают линейные спектры. Такие спектры связаны с испускани­ ем атомами света определенной длины волны при переходе в них электронов с одного квантового уровня на другой. Для атомов каж­ дого химического элемента характерны лишь определенные переходы электронов, в результате чего создается свойственный элементу на­ бор испускаемых при возбуждении дискретных волн, в совокупности образующих уникальный линейный спектр. Этот спектр состоит из отдельных линий, каждая из которых представляет изображение щели, тогда как положения отдельных линий в спектре фиксируют длины волн. Наиболее интенсивные линии спектров бывают обусловлены те­ ми переходами, вероятность осуществления которых максимальна.

В связи с этим для каждого химического элемента особенно харак­ терен какой-либо конкретный цвет. На этом свойстве элементов ос­ новано определение их методом фотометрии пламени. Приведем не­ сколько характерных примеров:

(В спектрографии обычно длины волн выражают в ангстремах.) Спектры свечения раскаленных твердых тел состоят из широких

полос и называются непрерывными. Абсорбционные спектры состоят из темных линий или полос, положение которых зависит от поглоще­ ния света тех или иных длин волн веществом, расположенным меж­ ду источником света и щелью. К этому типу, в частности, относит­ ся и спектр атмосферы солнца. Он представляет собой непрерывный спектр излучающего солнечного ядра, но также имеет темные линии, обусловленные поглощением волн определенной длины веществом ат­ мосферы солнца. Совокупность этих темных линий известна под наз­ ванием фраунгоферовых линий. Важнейшие линии фраунгоферового спек­ тра обозначены буквами и используются в качестве стандартов при

чимы ),