Кроме перечисленных поверок, каждому исследователю надлежит усвоить, во-первых, что прибор должен всегда стоять так, чтобы было удобно работать, и, во-вторых, хотя в микроскоп смотрят одним глазом, второй не должен быть закрыт и особенно прищурен. Начинающим можно рекомендовать закрывать глаз рукой или одевать щиток из бумаги на верхнюю часть тубуса. Очень полезно привыкнуть в процессе работы смотреть в тубус то правым, то левым глазом.
ГЛАВА 3. ПЛОСКОПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ
3.1. ЕСТЕСТВЕННЫЙ И ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ
Различают свет естественный и поляризованный. Колебания естественного
света совершаются во всех плоскостях, проходящих через направление
распространения луча, во всех направлениях, перпендикулярных лучу.
Колебания же поляризованного света совершаются в плоскости,
перпендикулярной лучу, но по параллельным направлениям. Плоскость,
перпендикулярная плоскости колебаний, называется плоскостью поляризации.
Поляризация света происходит при отражении, при прохождении света через
кристаллическое вещество. Она может быть полной или частичной.
Свет одновременно обладает и волновыми, и корпускулярными свойствами. В основу кристаллооптических исследований положена волновая теория. Свет рассматривается как электромагнитные колебания, распространяющиеся волнами во все стороны от источника света с большой скоростью.
В световом колебательном движении различают направление колебаний и направление распространения колебаний. Прямые, по которым распространяется свет, называются световыми лучами. Направление световых колебаний перпендикулярно направлению распространения света. Световые колебания являются гармоническими, т.е. совершаются через определенные промежутки времени.
В гармоническом колебательном движении выделяются следующие элементы
(рис. 9):
Рис. 9. Элементы гармонического колебательного движения.
1. Амплитуда (А) – наибольшее расстояние, на которое колеблющаяся точка отклоняется от своего положения равновесия.
2. Период колебаний – промежуток времени, в течение которого точка совершает одно полное колебание (аа().
3. Частота колебания – число полных колебаний в секунду.
4. Фаза – состояние колебания в данной точке в данный момент, т.е. угол, на который отклоняются частицы от положения равновесия. Различают одинаковые фазы и противоположные. Точки одинаковых фаз располагаются по одну сторону от положения равновесия и движутся в одну сторону (1 и 1(). Точки противоположных фаз располагаются по разным сторонам от положения равновесия и движутся в разные стороны (2 и 2().
5. Длина волны (() – расстояние, на которое распространяется колебательное движение за один период. Иными словами, длина волны есть расстояние между ближайшими точками, находящимися в одинаковых фазах.
К области видимого света относятся электромагнитные колебания с длинами волн от 380 мкм (фиолетовая часть спектра) до 780 мкм (красная часть спектра). Белый свет практически представляет собой смесь световых колебаний всех возможных длин волн. Свет какой-либо одной длины волны называется монохроматическим. Рентгеновские лучи и радиоволны имеют также электромагнитную природу и отличаются от видимого света только длиной волны. У первых длина волны меньше 380 мкм, а у вторых – больше 780 мкм.
Если два луча распространяются в одном и том же направлении и обладают одной и той же длиной волны, то они взаимодействуют или интерферируют между собой. Наиболее простой случай интерференции наблюдается, когда оба интерферирующих луча поляризованы в одной плоскости.
3.2. ПРЕЛОМЛЕНИЕ ЛУЧЕЙ
При переходе света из одной среды в другую происходит изменение скорости распространения света, или, преломление световых лучей. Это происходит из-зи того, что скорость распространения света в разных средах различна. В вакууме она приблизительно равна 300 000 км(с, во всех других средах меньше.
Существует определенная зависимость между углом падения луча и изменением скорости. Для данных двух сред отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная, равная отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде. Это отношение называется показателем преломления среды второй относительно первой и обозначается N.
Показатель преломления какой-либо среды относительно пустоты называют абсолютным показателем преломления. Вследствие того, что скорость распространения света в пустоте является наибольшей, абсолютный показатель преломления всегда больше единицы. Практически показатель преломления определяется относительно воздуха (его N = 1,0003).
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. ( - 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.
Зерна, имеющие для данного минерала характерные очертания, называются идиоморфными.
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
Рис. 12
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
Рис. 13
1 – изометрическая, а/b=1; 2 – таблитчатая, а/b от 2 до 4;
2. – 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
Рис. 14
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).
