Дисперсия света. Цвета тел
Спасаясь от эпидемии чумы, которая свирепствовала в 1665-1667 гг. Исаак Ньютон вынужден был переехать из Англии в свой родной Вулсторп. С собой он взял стеклянные призмы. С их помощью он хотел произвести опыты, о которых было уже хорошо известно в I в. н. э.: разложение солнечного света в цветную полоску – спектр, после прохождения через прозрачный кристалл в форме призмы.
Это явление получило название дисперсия света, слово «дисперсия» имеет латинское происхождение и буквальном переводе означает «рассеяние». Древнегреческие ученые пытались объяснить данное явление и выдвигали различные гипотезы.
Например, Аристотель полагал, что основным цветом является солнечный свет (белый), а остальные цвета получаются из него добавлением различного количества темного цвета. Тогда, согласно этой гипотезе, белый цвет простой, а остальные цвета радуги – сложные, получаемые путем смешивания. Ньютон принялся исследовать это явление, пытаясь познать природу света.
«Знаменитые Бриллианты»
Некоторые эксперименты, которые провел ученый, без изменений применяются в физических лабораториях до сих пор. На пути пучка света, проникающего через отверстие в закрытых ставнях, исследователь поместил призму.
В темной комнате на противоположной стене он получал изображение в виде полос чередующихся цветов, цветов радуги: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. В последующих опытах ученому удалось соединить цветные лучи снова в белый свет. Поставив за призмой собирающую линзу. В точке соединения лучей, свет снова становился белого цвета.
Анализируя свои опыты, Ньютон, в противоположность Аристотелю, пришел к выводу, что все цвета спектра содержаться уже в самом белом свете, а с помощью призмы, их возможно только разделить, так как они по-различному преломляются стеклянной призмой. К уже известному закону преломления, внесем поправку: абсолютные показатели преломления вещества так же зависят от цвета (частоты), проходящего через него света.
Проведем следующий опыт, на пути белого луча поместим сначала красный, а затем синий фильтры. Отметим на экране местоположение красного и синего лучей. Легко заметить, что красный луч, имеющий меньшую частоту, отклонился меньше, следовательно, для него показатель преломления будет так же меньше.
Зависимость показателя преломления вещества и, соответственно, скорости света в нем от частоты световой волны называется дисперсией цвета. Цвета синий и красный, которые мы выделили в последнем опыте, называют монохроматическими, в переводе с греческого «один цвет». Сложить монохроматические цвета можно и самостоятельно, сделайте радужный волчок, и быстро раскрутите его, например, с помощью мотора. Во время вращения цвета’ начнут сливаться, накладываться друг на друга, и будет казаться, что диск окрашен в белый цвет.
Ответьте на вопросы.
1. Почему из всех камней наиболее завораживающими являются бриллианты?
Из-за дисперсии света на гранях камня можно увидеть все цвета радуги.
Мифы про бриллианты. Интересные факты о бриллиантах. Где покупать бриллианты.
2. Объясните появление радуги в брызгах фонтана?
При прохождении белого света через каплю воды, он испытывает преломление, так же как в призме. А так как белый свет сложный и состоит из отдельных цветов, с различными частотами, то углы отклонения будут различными и мы увидим весь спектр. Причем, чем крупнее капли воды, тем ярче будет радуга.
Используя явление дисперсии, и изучая полученные спектры, ученые с помощью специальных приборов – спектрографов получают информацию о составе и свойствах различных веществ.
Факты об алмазах
Алмаз — это кристаллическая модификация чистого углерода, образованная в глубоких недрах Земли, в верхней мантии на глубинах более 80-100 километров, при исключительно высоких давлении и температуре. Это самый драгоценный камень, самый твердый и износостойкий минерал, самый блестящий и неподверженный времени самоцвет. История алмазов насчитывает тысячи лет, однако и в наше время бриллианты привлекают миллионы людей своей магической красотой.
Во все времена этот завораживающий и уникальный камень притягивал человека. «Он остаётся невредимым в самом сильном огне, это свет солнца, сгустившийся в земле и охлаждённый временем, он играет всеми цветами, но сам остаётся прозрачным, точно капля воды. » — писали об алмазе в древности. Первые упоминания об использовании человеком алмазов относятся к Индии и появились примерно за три тысячи лет до нашей эры. Алмазы сверкающей нитью проходят сквозь ткань бытия, сквозь историю человечества, исчезая на время и вновь появляясь, чтобы осветить своим загадочным сиянием самые невероятные и причудливые легенды. «Величайшую цену между всеми человеческими вещами, а не только между драгоценными камнями, имеет алмаз, который долгое время только царям, да и то весьма немногим, был известен» – писал древнеримский ученый Плиний Старший в 79 году н.э. в своем трактате «О естественной истории».
Греки называли его «адамас» или «адамантос» — непобедимый, несокрушимый, непреодолимый; римляне — «диамонд»; арабы — «алмас», наитвердейший; древние евреи — «шамир»; индусы называли его «фарий». Древнерусский литературный памятник, «Изборник» 1073 г., в равной степени использует термины «адамас» и «адамант», а «Хождение за три моря» Афанасия Никитина (1466-1472 г. г.) впервые, и навсегда, «узаконило» в русском языке название «алмаз». В древней Индии считали, что алмазы образованы из пяти начал природы — земли, воды, воздуха, неба и энергии. В Индии алмаз был обожествлён и превращён в фетиш. Его наделили множеством мифических возможностей, таких, как исцеление от болезней, защита от злых духов и просто врагов, от ранений, сглаза, порчи; объявили дарующим ясновидение, способность предсказывать.
Для измерения веса алмазов принят метрический карат, — 0,2 грамма или 200 миллиграммов. Алмазы массой более 15 карат — редкость, массой в сотни карат — величайшая редкость. Некоторые камни получают собственные имена, мировую известность и прочное место в истории. Подробнее об исторических алмазах.
В настоящее время общемировой объем добычи алмазов составляет порядка 130 миллионов карат. Подробнее о добыче алмазов. Главное использование природных алмазов – в ювелирном деле, но далеко не из каждого алмаза можно сделать бриллиант.
Безусловно ювелирными считаются около 15% добываемых алмазов, еще 45% считаются околоювелирными, т.е. уступают ювелирным по размеру, цвету или чистоте. До конца XIX века бриллиантами владели только высшие сословия, но в ХХ веке были открыты крупные месторождения алмазов, и рост добычи сделал их более доступными для покупателей. Тем не менее и сегодня бриллианты доступны далеко не каждому, и люди по-прежнему рассматривают владение бриллиантом как принадлежность к наиболее успешной части общества.
Сверкание и красота алмаза в полной мере раскрываются только после огранки. Долгое время считалось, что Л. ван Беркем из Брюгге в конце 15 в. разработал метод точной симметричной огранки (используемый до сих пор), заключающийся в шлифовке камня на железном круге, на который наносится смесь алмазного порошка и масла. Сейчас существование этого мастера ставится под сомнение.
Предполагают, что вышеуказанный метод был разработан в Индии. Ранее полагали также, что бриллиантовую огранку изобрел итальянский гранильщик Винченцо Перуцци в конце 17 в., но и это мнение оказалось ошибочным. Поэтому среди историков нет единого мнения, где и когда появилась бриллиантовая огранка.
Бриллиант (от франц. brillant — блестящий), алмаз, которому посредством обработки придана специальная форма, так называемая бриллиантовая огранка, максимально раскрывающая оптические свойства камня. Огранщики на протяжении столетий проб и ошибок научились таким образом использовать показатель преломления камня, чтобы переотражать на гранях павильона свет, вошедший в камень со стороны короны, и рассеивать в разные стороны.
Благодаря дисперсии света, присущей алмазу, можно наблюдать игру бриллианта в виде лучей всех цветов радуги. Подробнее о огранке бриллианта. Слово «бриллиант» на самом деле — это название вида огранки, а не материала. Но в случае, когда речь идёт о бриллианте, огранённом из алмаза, наименование материала может быть опущено.
В этом случае «бриллиант» означает и вещество, и вид огранки. Слово «алмаз» используется, когда имеется в виду сам материал, вещество, или когда речь идет об алмазном сырье.
Необработанный алмаз — это сырье, из которого огранщики сделают бриллиант, а мастера ювелирных дел — роскошное изделие. Алмазы, как отпечатки пальцев, уникальны — не бывает двух полностью идентичных камней. Бриллианты же наоборот, изготавливаются по строго определенным правилам.
Есть бриллианты, например, желтые или черные, авторские формы огранки, которые подвержены моде, и спрос на них изменчив. Но классический бриллиант стоит над модой, и спрос на него не меняется с годами. Высказывание «Diamond is forever», т.е. «Бриллиант – это навсегда» не только иллюстрирует неизменно высокое место бриллиантов в нашем обществе и связь этих камней с вечными человеческими чувствами, но и невообразимо древний их возраст. Дело в том, что научные методы, используемые для определения возраста минералов и горных пород, дают для алмазов возраст от полутора до трех с половиной миллиардов лет. Можно сказать, что алмазы старше всего, что нас окружает, и их возраст соизмерим с возрастом нашей планеты.
Алмазы как носители уникальной твердости и других интересных свойств являются объектами пристального внимания ученых, являются как объектом исследования, так и ценным материалом для использования в технике. Существует и специалисты – геммологи, или эксперты по драгоценным камням.
Геммологи на протяжении последних десятилетий разрабатывают научные методы определения подлинности алмазов и бриллиантов, объективные системы их оценки, рекомендации по огранке бриллиантов. Подробнее об экспертизе бриллиантов.
Однако потенциальному покупателю непросто сориентироваться среди этого большого объема знаний, особенно если он ищет простые рекомендации, которые позволили бы ему сориентироваться в мире бриллиантов и выработать правильную линию поведения на рынке. Многие сведения, позволяющие профессионалам зарабатывать на продаже бриллиантов, являются многолетними наработками и представляют собой коммерческую тайну. Однако сегодня, в век информационных технологий, информация становится гораздо более доступной, и для любого человека, желающего стать знатоком, квалифицированным потребителем, не существует былых ограничений. Советы потребителям.
Поистине, у бриллианта нет конкурентов — это безусловный фаворит в мире драгоценных камней и ювелирных украшений. Однако сколькими бы прекрасными свойствами не обладали бриллианты, приобретая изделия с этим камнем, никогда нельзя надеяться на случай. Неподготовленный человек, имея дело с драгоценными камнями, нередко обречен на неудачу.
Подходить к покупке столь серьезного камня стоит хорошо подготовленным. Будущий покупатель может научиться понимать камень как «личность» и оценивать такие важные его характеристики, как цвет, чистоту, огранку, его игру и блеск, вес, и научиться соотносить это всё с его ценой. Бриллианты очень во многом похожи на людей.
Практически каждый из них имеет недостатки, которые только нужно суметь разглядеть (идеала практически нет), и какие-то свои индивидуальные преимущества, например, высокое качество огранки или полировки, уникальный цвет. Индивидуальность бриллиантов остается несмотря на стандарты, которыми руководствуются огранщики, поскольку эта индивидуальность присуща алмазам – уникальным природным творениям. Понимание индивидуальности бриллиантов позволяет выбрать наиболее подходящий камень. Процесс поиска и выбора бриллианта не обязательно должен сводиться к посещению ближайшего ювелирного магазина, он может стать увлекательным событием, путешествием, в котором каждого ожидают новые знания, новые впечатления и новый опыт. Перейти в форум.
использованы фотографии Де Бирс и журнала «Вокруг света»
ИсточникПочему так ценят алмазы?
Эта история произошла в 1829 году 30 января в Тегеране. Толпа религиозных фанатиков ворвалась на территорию Российской дипломатической миссии, громя всё на своем пути и убивая всех, кто попадался под руку. Среди погибших был и Александр Грибоедов, автор пьесы «Горе от ума».
Фанатиков удалось усмирить, и чтобы как-то загладить возникший дипломатический конфликт, принц Персии вручил русскому царю алмаз весом в 89 карат. А спустя полгода после трагических событий, в Пермской губернии четырнадцатилетний мальчик-крепостной нашел в ручье алмаз в полкарата. За этот первый, найденный в России, алмаз мальчику была дарована вольная.
За что же люди так ценили алмазы, приравнивая их стоимость — к стоимости человеческой жизни или свободы? Конечно, за их завораживающую красоту: алмаз отлично преломляет свет, и, будучи ограненным, играет всеми прекрасными цветами радуги. А главное — он очень редко встречается в природе. Это и позволяет отнести его к драгоценным камням, поставив в один ряд с другими драгоценными минералами — рубинами, сапфирами, изумрудами.
Стоимость алмазов
Стоимость драгоценных камней всегда сильно зависела от их размеров. Поэтому неудивительно, что древние ученые пытались искусственно увеличить в своих лабораториях размеры этих камней. В 1694 году алхимик Аверани попытался сплавить несколько небольших алмазов в один — покрупнее. К ужасу, этого ученого, драгоценные крупинки превратились в уголь.
А еще, через сто с лишним лет, было окончательно доказано, что алмаз состоит из углерода и является прямым родственником графита — мягкого черного вещества, используемого, например, в грифеле карандаша. Но ведь алмаз — еще и самый твердый из минералов, и лучше всех в природе проводит тепло, а графит — мягкий, ничем не примечательный, материал.
Все дело в том, как расположены атомы в веществе. В изумрудах, алмазах, снежинках, в соли они расположены упорядоченно и образуют повторяющуюся трехмерную периодическую укладку — кристаллическую решетку.
Кстати, при всем многообразии, количество вариантов таких решеток ограничено — их ровно 230. Это установил русский ученый Федоров Е.С. в 1890 году.
Изучением кристаллов, в том числе и алмазов, занимается наука по имени — «кристаллография», родившаяся в 1669 году, когда ученым Н.Стеноном был открыт закон постоянства имеющихся углов между кристаллическими гранями. Но в те давние времена у кристаллов не было другого применения, кроме как служить украшениями. За исключением немногих, таких, например, как кристаллы сульфида ртути, или по-другому — киновари.
Еще первобытные люди использовали его кроваво-красные кристаллы (истирая в пыль и смешивая с жиром) для получения стойкого художественного пигмента.
Кстати, киноварь, а равно и некоторые другие минералы, использовались в древности в качестве лекарств, впрочем, без особого успеха, если не считать глауберовой соли (мирабилита) — выдающегося слабительного средства.
Но прогресс шел, и кристаллы все чаще и чаще применялись в качестве инструмента. Если благородные родственники корунда, сапфир и рубин, украшали короны и скипетры, а все трое, с точки зрения химика — одно и то же вещество — оксид алюминия. О том, что рубин — это тот же сапфир, но с другим составом примесей, определяющих цвет, догадались в 1800 году, сам же, под неброским именем наждака, полировал и резал, пилил и шлифовал. В качестве непревзойденного абразивного инструмента использовалась и алмазная крошка, ведь алмаз является твердейшим из минералов.
Конечно, стоимость наждака или алмазной крошки не шла ни в какое сравнение со стоимостью драгоценных камней. Поэтому неудивительно, что ученых, в первую очередь, интересовала возможность создания минералов, пригодных для ювелирных украшений, ведь выращивание кристаллов для рабочих инструментов не сулило такой выгоды.
В 1837 году в лаборатории был синтезирован первый рубин, через десять лет — первый сапфир, а до трудяги-корунда очередь дошла лишь через 40 лет. Но «золотой век» искусственных кристаллов-недрагоценностей был еще впереди.
В 1902 году ученый из Франции Вернейль Огюст нашел способ простого и дешевого получения искусственных рубинов. Метод был настолько прост, что с его помощью можно выращивать рубины чуть ли не в собственной квартире.
Сотрудники, работавшие у Вернейля, быстро смекнули, какие выгоды таит это дело. Они придавали полученным кристаллам огранку и отправляли их на Восток, где продавали под видом рубинов естественного происхождения. Довольно скоро рынки Востока и Европы оказались наводнены рубинами Вернейля, и цена на рубины, в том числе и природные, стремительно упала.
Такому снижению цены очень обрадовались часовщики, ведь в их изделиях эти камни используются как подшипники, а значит, появилась возможность выпускать дешевые и качественные часы. Кстати, в некоторых часах циферблат и стрелки закрыты не стеклом, а сапфиром, который, конечно же, имеет искусственное происхождение.
До нашего времени в механических часах рубин используют в качестве материала для подшипников шестерен. Раньше количество таких подшипников указывалось на циферблате.
Годы войны — новые задачи
Как известно, во время войны в 1941-1945 годах нашей армии позарез были необходимы кристаллы чистого кварца — без них (точнее, без пьезоэлектрического эффекта, которым они обладали) была невозможна работа военной радиоаппаратуры, включая встроенную в шлемы, летчиков и танкистов.
Но вот незадача, месторождения кварца нужной чистоты находились на оккупированной фашистами территории. И военные обратились к ученым. Те выполнили заказ на пьезокристаллы за несколько месяцев. Кварц, правда, тогда еще не умели искусственно выращивать, но они вырастили в необходимом количестве кристаллы сегнетовой соли, обладавшей, практически, теми же свойствами.
В наше время люди научились синтезировать почти любые кристаллы, в том числе — и кристаллы драгоценных камней. Правда, сегодня кристаллы искусственного алмаза играют в жизни человечества меньшую роль, чем кристаллы кремния, без которого мы бы до сих пор не знали, что такое персональный компьютер (ведь кремниевый микрочип заменяет сотни тысяч специальных ламп в середине XX века и десятки тысяч триодов его третьей четверти).
Или — еще один пример. Как вам известно, самый огромный в мире адронный коллайдер создан для поиска еще не известных элементарных частиц, которые могут дать ответ на кучу животрепещущих вопросов — от загадки зарождения Вселенной до тайны мироздания, вообще. Так вот, зарегистрировать новые частицы смогут детекторы, на основе более чем сто тысяч кристаллов вольфрамита свинца, разработанных и выращенных в нашей стране. Эти детекторы — один из важнейших элементов всего проекта.
Природа, чаще всего, не может предоставить нам требуемые кристаллы. Например, природные рубины и александриты не годятся для изготовления лазеров, искусственный кварц гораздо чище натурального, а уж кристалла хлористого калия, размером в сто кило, на всей Земле не найдешь (а в науке и технике такие тоже нужны).
Кремний в чистом виде, вообще, не встречается в природе: например, пески всех пустынь — это соединение кремния с кислородом, то есть, диоксид. Для электроники нужен чистейший кремний, и его получают на специальных установках в кристаллическом виде.
Так что кристаллы, которые есть практически в любом электронном приборе — от мобильника до детской игры, — исключительно искусственные. Да и, вообще-то говоря, многие ювелирные кристаллы, которые вы видите ограненными в различных ювелирных изделиях, тоже созданы человеком. Их часто, даже легче выращивать, чем технические — к техническим кристаллам требования гораздо строже.
И по внешнему виду искусственная «ювелирка» часто превосходит натуральные камни (кроме, пожалуй, алмазов, которые редко получаются ювелирного качества, но это пока). Так что, хотя, как сказал поэт, «полна чудес великая природа», в области создания минералов люди способны ее заменить, и даже улучшить, и подстроить под собственные нужды.
«Кристаллы Сваровски» — вовсе не кристаллы. Их изготавливают из сверхчистого хрусталя, то есть, из стекла. А стекло — материал аморфный, не имеющий кристаллической решетки.
Стразы — тоже не кристаллы. Это стеклянный сплав из кремния, окиси железа, окиси алюминия, извести и соды, имитирующий драгоценные камни. Названы по фамилии ювелира Георга Штрасса, изготовившего такой сплав в конце 18-го века.
Возраст природных алмазов колеблется от 98 миллионов до 2,6 миллиардов лет. Нагретые частицы углерода, находящиеся на глубине около 200 км от поверхности Земли, под давлением в 50000 атмосфер превращались в алмаз. На поверхность алмазы выносятся магмой. Некоторые считают, что первые синтетические алмазы были получены шотландцем Хеннеем в 1879 году, но не все ученые признают этот факт.
Поэтому, безоговорочное первенство здесь принадлежит компании «Дюпон», в 1961 году использовавшей энергию взрыва для создания необходимого давления при синтезе алмазов.
Сегодня искусственные алмазы (столь необходимые, например, при производстве алмазных головок бурового инструмента) получают промышленным способом. При этом скорость роста искусственного кристалла алмаза может составлять до 3 микрон в минуту. Не быстро, конечно, но — надежно!
Источник