7.4.1 Определение предельного (критического) угла

Когда луч света переходит из более плотной среды в менее плотную, он преломляется так, что угол, составляемый им с перпендикуляром к границе раздела, увеличивается. На рис. 7.8, а показано, что с увеличением угла падения г угол преломления r последовательных лучей 1, 2 и т.д. возрастает вплоть до того момента, когда луч 3 будет идти параллельно границе раздела сред (3'). Любой луч (скажем, 4) с еще большим углом падения уже не способен пересечь границу раздела и будет полностью отражаться внутрь первого вещества (4'). Значение угла падения г, при котором угол преломления r достигает 90°, зависит от показателей преломления обеих сред и называется предельным (критическим) углом /_пр.

Рассматривая движение луча 3 в обратном направлении и полагая, что он имеет скользящее падение на поверхность, можно написать:

или, согласно закону Снеллиуса,

а при скользящем падении

Таблица 7.1 Показатели преломления некоторых групп минералов

Минерал	Формула	Показатели преломления				Катион
		пр	Пт		Атомный номер	Атомная масса
Стронцианит Витерит Арагонит Церуссит	SrCO3 BaCO3 CaCO3 PbCO3	1,520 1.529 1.530 1,804 no	1,667 1,676 1,680 2,076	1,668 1,677 1,685 2,078 Пе	38 56 20 82	87,63 137,36 40,08 207,21
Кальцит	CaCO3	1,658		1,486	20	40,08
Доломит	CaMg(COs)2	1,682		1,502	J 20 112	40,08 24,32
Магнезит Родохрозит Смитсонит Сидерит	MgCO3 MnCO3 ZnCO3 FeCO3	1,717 1,820 1,849 1,873	n	1,515 1,600 1,621 1,633	12 25 30 26	24,32 54,93 65,38 55,84
Сильвин Галит	KCl NaCl		1,490 1,544		19 11	39,09 22,99

Рис. 7.8 (о) Полное внутреннее отражение и предельный угол (б) Принцип действия рефрактометра Г Смита

С) (б)

Измерение предельного угла с помощью рефрактометра

Рефрактометр Герберта Смита. В рефрактометре Г. Смита и других рефрактометрах подобного типа определение предельного угла осуществляется с использованием явления полного внутреннего отражения (рис. 7.8, б). Для этого полированная пластинка кристалла кладется на плоскую поверхность полуцилиндра, изготовленного из стекла с высоким показателем преломления. Чтобы удалить воздух, между кристаллом и полуцилиндром помещают жидкость с показателем преломления, большим чем у кристалла. Свет поступает через один из квадрантов, а та его часть, которая испытывает полное внутреннее отражение на нижней

поверхности кристалла, образует светлую область в поле зрения оптической трубы, сфокусированной на другой квадрант. Граница между темной и светлой областями указывает предельный угол между стеклом и кристаллом. На полусферической поверхности не происходит преломления лучей, так как они пересекают ее по нормали Поскольку жидкость образует тонкую пленку с параллельными поверхностями, ее влияние уравновешивается на входе и выходе лучей и им можно пренебречь. Хотя измеряемым предельным углом является угол между жидкостью и кристаллом, в действительности он соответствует предельному углу между стеклом и кристаллом за счет отклонения света на границе стекло/жидкость.

Если показатель преломления стекла известен, то исходя из положения границы между светлой и темной областями можно непосредственно определить показатель преломления исследуемого кристалла:

Рассмотренный рефрактометр особенно полезен при изучении драгоценных камней.

Рефрактометр Аббе. Этот рефрактометр применяется преимущественно для изучения жидкостей. В нем используется скользящее падение света, переходящего из жидкости в призму, которая изготовлена из стекла с высоким показателем преломления. На рис. 7.9, а показана траектория светового луча в приборе. Две призмы с пленкой жидкости между ними вращают до тех пор, пока граница между светлой и темной областями не пересечет визир неподвижно установленной оптической трубы. Рефрактометр калибруется по пластинке стекла с известным показателем преломления при использовании скользящего падения света (рис 7.9, б) Он может применяться для прямого определения показателей преломления соответствующим образом распиленных кристаллов, но в основном служит дополнительным методом при иммерсионных исследованиях.