Luz Polarizada

UNIVERSIDAD NACIONAL NACI ONAL DEL CALLAO FACULT ACULTAD DE CIENCIAS CIENCIAS NATURA NATURALES LES Y MATEMÁTICA ESCUELA PROFESIONAL DE FÍSICA INTRODUCCIÓN A LA CRISTALOGRAFÍA JAIME JONATHAN MARTELL MELGAREJO 2013 - A

RESÚMEN INTRODUCCIÓN. LUZ

POLARIZADA.

MICROSCOPIO

POLARIZANTE.

DETERMINACIÓN DETERMINACIÓN REFRACCIÓN.

DE LOS ÍNDICES DE

RESÚMEN INTRODUCCIÓN. LUZ

POLARIZADA.

MICROSCOPIO

POLARIZANTE.

DETERMINACIÓN DETERMINACIÓN REFRACCIÓN.

DE LOS ÍNDICES DE

INTRODUCCIÓN Podemos considerar a la luz como una onda electromagnética,  producida por un campo eléctrico E y un campo magnético B  perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de  propagación de la onda. La frecuencia de oscilación de esta onda electromagnética electromagnética está definida por:

 

c 

 

El color de la luz depende de la longitud de onda .

INTRODUCCIÓN

Luz monocromática como onda electromagnética donde se aprecia la dirección de propagación, su campo magnético y campo eléctrico. También tenemos la longitud de onda que es el periodo espacial de la misma o la distancia entre dos crestas o valles consecutivos.

INTRODUCCIÓN En el caso de la luz ordinaria (blanca) los campos eléctrico y magnético permanecen perpendiculares a la dirección de propagación de la luz, y pueden variar su posición en el espacio durante las oscilaciones. En otros casos la trayectoria de las oscilaciones es constante siguiendo una línea determinada. En este caso la luz se denomina polarizada . Si las oscilaciones de los vectores eléctrico y magnético están en 2  planos perpendiculares entre sí; la luz se denomina polarizada plana o planopolarizada .

INTRODUCCIÓN a) La luz ordinaria (no polarizada) se considera que vibra en numerosas direcciones.  b) La luz polarizada plana es aquella cuyas vibraciones están restringidas a una única dirección en el espacio.

INTRODUCCIÓN Al pasar de un medio a otro, la onda luminosa sufre una reflexión y una refracción. En la onda reflejada parte de las oscilaciones de la onda se ha polarizado en el plano perpendicular al plano de incidencia y la onda refractada se enriquece con las oscilaciones del  plano del dibujo (paralelas al plano de incidencia). Se produce una  polarización parcial.

INTRODUCCIÓN Es de nuestro interés, estudiar la forma en que la luz se propaga a través de medios (en este caso cristales). Los cristales; ópticamente, pueden ser agrupados en dos categorías: cristales isótropos y cristales anisótropos o birrefringentes. Todos los cristales del sistema cúbico son ópticamente isótropos; el índice de refracción es único e independiente de la dirección de incidencia de la luz.

Todos los cristales no cúbicos (los anisótropos) presentan una dependencia respecto a la dirección de su interacción con la luz, de forma que presentan diferentes índices de refracción.

LUZ POLARIZADA Ya se ha indicado que en la reflexión y refracción de la luz ordinaria se produce una polarización parcial. ¿Cuándo se produce una  polarización total? Cuando la luz pasa por un medio ópticamente anisótropo. La dificultad es que surgen dos ondas polarizadas, cuando se desea obtener solo una. Surgen, entonces 2 maneras de obtener solo una: 1.- Por absorción de la segunda onda.

2.- Por eliminación artificial de la segunda onda.

LUZ POLARIZADA 1.- Saldrá una sola onda del cristal si la segunda onda la absorbe la  sustancia del mismo cristal. Esta propiedad la tienen los cristales de turmalina verde (ditrigonal  piramidal del sistema trigonal L33P ). Los cristales de turmalina, en determinada dirección, dejan pasar la luz de forma polarizada. Dejando pasar la luz por dos laminas consecutivas de turmalina obtenemos las „pinzas de turmalina„. Con dos láminas de turmalina, en direcciones cruzadas, resulta que la luz no puede pasar. Esto es debido a que cada uno de los cristales  polariza la luz en un plano y cuando se ponen perpendiculares, la luz que atravesaba un plano de polarización vertical, no atraviesa el segundo que lo hace en horizontal

LUZ POLARIZADA La lámina por la cual entra la luz se denomina polarizador y la otra  parte permite analizar la onda que pasa por la primera y se denomina analizador.

LUZ POLARIZADA A pesar de lo sencillo de este aparato, su uso no ha sido muy difundido debido a la escasez de cristales de turmalina vede de transparencia perfecta con sección transversal bastante grande y, además, por el color de las laminas que frecuentemente impiden apreciar ciertos fenómenos ópticos de los cristales.

LUZ POLARIZADA

LUZ POLARIZADA En la actualidad se usan „polaroides‟, que son películas transparentes en las cuales se fijan y distribuyen con determinada orientación,  pequeñísimas partículas de sustancias de gran dicroísmo (capaces de absorber la luz en dos direcciones pero de diferente manera). Estas  películas polarizadoras dejan pasar solamente una onda polarizada.

LUZ POLARIZADA 2.- Una de las ondas se elimina artificialmente. (mediante un  polarizador)

Un polarizador es una lámina transparente que tiene la propiedad de atenuar las oscilaciones del campo eléctrico en una dirección, dejando pasar la luz que oscila en la dirección perpendicular  El prisma inventado por Nicol en 1828 está hecho con dos prismas de calcita pegados con bálsamo de Canadá (trementina) y fue usado  para este propósito. La luz sin polarizar entra por una faceta del prisma y se divide en dos haces polarizados. Uno de estos haces, llamado ordinario (o en el diagrama), experimenta un índice de refracción de no = 1.658 y en el corte diagonal, cuyo pegamento tiene un índice de refracción de 1.55, experimenta una reflexión interna total que lo dirige hacia la faceta superior.

LUZ POLARIZADA El otro haz, llamado extraordinario (e) experimenta un índice de refracción menor de ne = 1,486 y no es reflejado sino que atraviesa la unión diagonal y sale por la faceta opuesta en forma de luz  polarizada.

LUZ POLARIZADA Los cristales incoloros de calcita completamente transparentes y de grandes tamaños son raros y, por eso, muy caros.

Actualmente, en lugar del prisma de Nicol, se usan filtros  polarizadores; que son finas películas estiradas de alcohol polivinílico  pintado de yodo.

MICROSCOPIO POLARIZANTE Es un microscopio óptico al que se le han añadido dos polarizadores (uno entre el condensador y la muestra y el otro entre la muestra y el observador); para el estudio de las propiedades ópticas de los cristales. Este tipo de microscopio se usa para poder identificar sustancias cristalinas (minerales) o fibrosas (como el citoesqueleto), sustancia amiloide, asbesto, colágeno, cristales de uratos, queratina, sílice,  polen, etc. Entre la fuente de iluminación y la platina se coloca un nicol (polarizador).

Entre el objetivo y el ocular un segundo nicol (analizador). Entre el polarizador y la platina hay un condensador (denominada lente de Lasaux, pequeña lente de gran curvatura).

MICROSCOPIO POLARIZANTE Entre el analizador y el ocular se ubica una segunda lente retráctil (lente de Bertrand, sirve de objetivo complementario).

Los objetivos se montan de manera que puedan centrarse respecto al eje del microscopio. Para examinar minerales opacos se usa el microscopio petrográfico, es el mismo microscopio pero con un iluminador especial.

Este dispositivo iluminador lleva un diafragma iris, una lente colimadora y un prisma de reflexión. En la parte anterior del tubo de entrada se ubica el analizador.

El microscopio va dotado de una platina móvil, que evita la necesidad de fijar de nuevo el foco luminoso a cada nuevo enfoque.

MICROSCOPIO POLARIZANTE

DETERMINACION DE LOS ÍNDICES DE REFRACCIÓN 1.- MÉTODO DE DESVIACIÓN MÍNIMA Se basa en la determinación del ángulo de desviación mínima. Si consideramos un haz de luz que incide con un ángulo “ θ i1”, donde el prisma tiene un ángulo de vértice “ α” y un índice “n”. El ángulo de desviación que se produce se llama δ que corresponde al ángulo formado entre la dirección del rayo incidente y la dirección del rayo emergente por la segunda cara. Variando el ángulo de incidencia el prisma.

θ i1

varía la desviación producida por 

Entonces tenemos que el índice de refracción es:

DETERMINACION DE LOS ÍNDICES DE REFRACCION

DETERMINACION DE LOS ÍNDICES DE REFRACCIÓN 2.- MÉTODO DEL REFRACTÓMETRO Es el número adimensional que expresa la relación existente entre la velocidad de la luz en el aire y la velocidad de la luz en el medio más denso (cristal). Se lleva a cabo por medio de refractómetros  , que son aparatos ópticos de precisión, pero de sencillo principio operativo y manejo,  basados en el concepto de ángulo límite, que es el mayor ángulo de incidencia de un rayo luminoso en un cristal, que permite la refracción del rayo. Si el ángulo de incidencia es mayor que el límite, se produce una reflexión.

DETERMINACION DE LOS ÍNDICES DE REFRACCIÓN Si colocamos un cristal sobre una semiesfera de vidrio de gran índice de refracción (N), podemos determinar 2 de los índices fundamentales de refracción del cristal. Sea n1 el índice relativo de refracción al pasar el rayo del cristal al vidrio, tendremos:

 N=n. n1 Donde n es el índice buscado de refracción al pasar el rayo del vidrio al aire. De donde obtenemos:

R es el ángulo limite de reflexión total interna.

DETERMINACION DE LOS ÍNDICES DE REFRACCIÓN

DETERMINACION DE LOS ÍNDICES DE REFRACCIÓN Según la estructura y la simetría del cristal, se obtendrán varias  posibilidades:

*Que el cristal sea isótropo o monorrefringente, en cuyo caso sólo existirá un índice, constante para todas las direcciones de observación. Normalmente se tratará de minerales que cristalizan en el sistema cúbico. * Que el cristal sea anisótropo o birrefringente, en cuyo caso, y de forma general, se podrán observar dos índices en cada dirección de observación.

DETERMINACION DE LOS ÍNDICES DE REFRACCIÓN * A su vez, en los cristales anisótropos, se puede establecer una clasificación, según las observaciones del refractómetro indiquen que uno de los dos índices observados permanece constante en todas ellas, o que todos los índices medidos sean variables. En el primer  caso se trata de minerales uniáxicos  , que cristalográficamente corresponden a los sistemas hexagonal, tetragonal y trigonal; en el segundo, se trata de minerales bi áxicos  , correspondientes a los sistemas rómbico, monoclínico y triclínico.

DETERMINACION DE LOS ÍNDICES DE REFRACCIÓN 3.- EL METODO DE INMERSION Se basa en dos propiedades:

1.- al sumergir un cristal incoloro transparente (o uno de sus fragmentos) en un liquido que tenga el mismo índice de refracción que el cristal, este ultimo no se percibe en el liquido. 2.-si el liquido y el cristal tienen distintos índices de refracción, en la línea limítrofe del liquido y del cristal aparece una franja clara denominada línea de Becke. Imaginemos dos medios en contacto en el campo visual de un microscopio, con índices de refracción N y n (N>n)

DETERMINACION DE LOS ÍNDICES DE REFRACCIÓN La superficie de contacto de estos 2 medios, puede tener 3 aspectos diferentes:

1.- El cristal con gran índice de refracción forma una cuña ahusada hacia abajo. 2.- El mismo cristal forma una cuña ahusada hacia arriba. 3.- el cristal no forma cuña y su superficie limite es perpendicular al  plano de preparación.

DETERMINACION DE LOS ÍNDICES DE REFRACCIÓN

DETERMINACION DE LOS ÍNDICES DE REFRACCIÓN En el primer caso los rayos 3 y 4 se desvían debido al acuñamiento del prisma. Por eso el borde del cristal que tiene un mayor orden de refracción estará mas iluminado. En el segundo caso los rayos 3 y 4 al refractarse hacia la base del  prisma iluminan mas el borde del cristal mas refractivo. En el tercer caso cuando la línea de contacto es perpendicular al  plano de la preparación, no hay refracción de los rayos paralelos.

DETERMINACION DE LOS ÍNDICES DE REFRACCIÓN Teniendo un juego bastante grande de líquidos con diferentes índices de refracción conocidos, se puede determinar el índice de refracción del cristal. Por ejemplo, si seleccionamos 2 líquidos uno con índice n1 y el otro con índice n2 (n1>N y N>n2); el índice de refracción del cristal será:

En la siguiente tabla vienen indicadas las denominaciones de los líquidos usados en el método de inmersión para determinar los índices de refracción de los cristales. N se da para ondas de =0.589

DETERMINACION DE LOS ÍNDICES DE REFRACCIÓN