Расчетно-графическая работа по «Материаловедение»

Пропускание, поглощение, преломление, рассеяние  и отражение света являются результатом  взаимодействия электромагнитного  излучения с веществом.

Луч «белого» света разлагается стеклом на спектр, что носит название «дисперсии»  света. Показатель преломления и  дисперсию относят к определенным длинам волн.

Стекла с  определенными заданными коэффициентами преломления и дисперсией называются оптическими.

Для листового  стекла толщиной 1 см коэффициент светопропускания Т составляет 88...90%, поглощения А — от 0,5 до 3% в зависимости от содержания красящих компонентов, а коэффициент отражения R-8...9%.

Особенно  высокой прозрачностью должны обладать оптические стекла.

Для строительного  листового стекла (оконного, витринного) необходимо учитьшать, что коэффициент светопропускания Т прямо зависит от отражающей способности поверхности стекла и от его поглощающей способности. Теоретически даже идеальное, непоглоща-ющее свет стекло не может пропускать света более 92%, так как обе его поверхности отразят не менее 8% световых лучей.

Коэффициент отражения света от поверхности  стекла может быть снижен (это просветление оптики) или увеличен путем нанесения  тонкой пленки некоторых материалов, имеющих меньший коэффициент  преломления, чем стекло.

Окраска стекол обусловлена избирательным поглощением  лучей света в определенных областях спектра, причем цветное стекло хорошо пропускает лучи определенной длины  волны (цвета), которые мы видим, и  в значительной мере поглощает остальные  лучи. Можно выделить три группы красителей, окрашивающих силикатные стекла: ионные, молекулярные, коллоидные.

К группе ионных красителей относятся катионы переходных и редкоземельных элементов (3d- и 4г-элементы), особенность электронного строения которых состоит в том, что  в ионном состоянии они имеют  неспаренные электроны или незаполненные орбитали (). При введении таких катионов в любую среду (прозрачные кристаллы, стекла, растворы) возникают типичные спектры поглощения, характерные для ионного состояния данного компонента. Цвет, который придают ионы стеклу, зависит от их валентного состояния

Группу молекулярных красителей составляют сульфиды, селеииды и смешанные кристаллы сульфоселенидов тяжелых металлов — кадмия, сурьмы, висмута, свинца, железа, серебра, меди и др. В стекле они присутствуют в виде равномерно распределенных микрокристаллических образований, размер которых не превышает 50 нм. Поглощение света обусловлено возбуждением электронов из валентной зоны в зону проводимости соответствующего полупроводникового соединения.

Группу коллоидных красителей составляют тяжелые металлы: Си, Ag, Au, Pt, Bi, которые могут легко восстанавливаться из различных соединений в стекле до атомарного состояния и образовывать стабильные коллоидные частицы. Природа окрашивания стекол такими кристаллами состоит в рассеянии света на коллоидных частицах металла. Коллоидная медь окрашивает стекла в оттенки красного цвета, золото в красно-фиолетовый, пурпурный цвета, серебро — в желтый цвет.

В современном  строительстве для оконных, дверных  и других световых проемов применяются  специальные стекла с солнце- и  теплозащитными свойствами. Для этих стекол важно определение спектральных характеристик светового потока, прошедшего через осветление, оценка цветового тона. На основе этих характеристик  осуществляется выбор определенного  вида стекла, а также предопределение  теплотехнических и светотехнических свойств светопрозрачных ограждений, их влияние на условия работы, дизайн зданий и сооружений.

 

4 Физические свойства драгоценных камней.

Среди физических свойств драгоценных камней важными являются оптические. И первое из них — цвет. Он очень важен для непрозрачных самоцветов, но и красота прозрачных во многом зависит от него. Окраска позволяет классифицировать камни, хотя бывает, что два разных самоцвета имеют идентичный цвет. До появления геммологии, науки о драгоценных камнях, люди распознавали минералы именно по окраске. Все зеленые они относили к изумрудам, а все красные — к карбункулам или рубинам.

Цвет  камня, воспринимаемый человеческим зрением, во многом зависит от того, какие части электромагнитного оптического спектра поглощаются или пропускаются самоцветом. Если свет полностью поглощается, минерал будет казаться черным. Бесцветный камень пропускает все цвета спектра, а окрашенный поглощает лишь их часть, приобретая при этом дополнительный цвет. Так изумруд, поглощающий красные лучи, становится зеленым.

Важное  физическое свойство драгоценного камня  — блеск. Он обусловлен отражением света от поверхности самоцвета. Во многом это свойство зависит от природы минерала и от направления падения света. Твердые камни с гладко отполированной поверхностью имеют более яркий блеск, чем их мягкие или плохо обработанные собратья. Специалисты различают несколько типов блеска. Это алмазный (у алмаза, циркона и некоторых других минералов), алмазовидный (корунды), стеклянный (топаз, берилл, гранат и др.), восковой (бирюза), шелковистый (такие минералы с волокнистым строением, как селенит), перламутровый (жемчуг), металлический (непрозрачные камни вроде пирита и гематита), смоляной (янтарь), жирный (нефрит, стеатит).

С помощью  специальных приборов определяется  такое оптическое свойство драгоценных камней, как светопреломление. Проникающий в прозрачный минерал луч преломляется, и скорость его распространен: уменьшается тем сильнее, чем выше плотность камня. Очень высокий показатель преломления имеет алмаз. Покидая камень, свет снова преломляется, попадая в менее плотную среду (воздух).

Если  камень, имеющий высокий показатель светом преломления, огранен неправильно, лучи, попадая в его верхнюю  поверхность, теряются и незаметно  покидают камень через нижнюю поверхность. Такой камень не имеет должного блеска и плохо играет. При проникновении  в минерал белого света происходит разложение последнего на различные  цвета спектра (красный, голубой, зеленый, оранжевый и др.). Каждый из цветные лучей, слагающихся в белый свет, преломляется по-разному, и, выходя из камня, белый свет как бы расщепляется на все цвета радуги. Это и есть игра камням или его «огонь» (явление дисперсии). Заметнее всего играют бесцветные камни, хотя величина дисперсии у них такая же, как и у окрашенных камней. При повороте хорошо ограненного бриллианта возникает целый сноп разноцветных искр. Большинство прозрачных минералов разлагает свет на два луча, отклоняющихся в разные стороны. Это двойное лучепреломление (двупреломление). Если посмотреть внутрь ограненного камня, можно увидеть, что ребра задних фасетов (граней) раздваиваются. У некоторых камней это явление видно невооруженным взглядом, у других (циркон; хризолит) только через лупу или микроскоп.

Некоторые драгоценные камни с двойным  лучепреломлением обладают дихроизмом,или эффектом двуцветности. Если поворачивать камень или смотреть на него сначала сквозь верхние, а потом боковые грани, будет заметна перемена цвета. У турмалина этот эффект можно наблюдать невооруженным глазом. В некоторых случаях; дихроизм позволяет определять тип камня. Так, рубин выделяется среди других минералов именно благодаря наличию явно выраженных двух оттенков красного цвета,

При гранении камня важно учитывать такое  оптическое свойство минерала, как поляризация. Кристаллы поляризуют проходящий сквозь них свет, вызывая колебания световых волн в направлении, перпендикулярном прохождению луча. Умелые мастера, зная характер поляризации света в камне, гранят его так, чтобы цвет стал более выигрышным.

Некоторым камням свойствен астеризм, или эффект звездчатости. Это отражение (дифракция) света от внутренних включений камня. Такой эффект дают звездчатый сапфир и звездчатый рубин. У волокнистых минералов типа кошачьего глаза наблюдается полоска света, изменяющаяся при повороте камня. Это явление называется переливчатостью. Астеризм свойствен опалу, лабрадориту, лунному камню.

У ряда драгоценных  камней наблюдается люминесценция. Под воздействием ультрафиолета они начинают светиться необычным светом. Происходит это благодаря примесям (активаторам), имеющимся в некоторых камнях. Если свечение продолжается лишь во время воздействия ультрафиолета — это флуоресценция. Если оно продолжается какое-то время после воздействия — это фосфоресценция. Флуоресценция свойственна алмазам (алмазы из Южной Африки имеют небесно-голубое свечение), жемчугу, янтарю, опалу, жаду, рубину.

 

 

 

 

 

 

Список  используемых источников

1. Кирилловский, В. К. Современные оптические исследования и измерения / В. К. Кирилловский. - М. : Лань, 2010. - 304 с
2. Крыжановский, В. К. Технические свойства полимерных материалов / В. К. Крыжановский, В. В. Бурлов, А. Д. Паниматченко, Ю. В. Крыжановская. - М. : Профессия, 2005. - 248 с.
3. Оптические свойства материалов [ электронный ресурс] URL.:http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse