Warum leuchten Diamanten?

Diamant ist eines der härtesten Materialien. Wir wissen, dass es ein Allotrop des Kohlenstoffs ist. Ein Diamant (von Natur aus kristallin) hat eine dreidimensionale Anordnung von Kohlenstoffatomen, die durch starke kovalente Bindungen miteinander verbunden sind. Was Sie gezeigt haben, ist ein runder Diamant im Brillantschliff.

Tatsächlich ist das Geheimnis, das in einem Diamanten steckt, Brechung, totale interne Reflexion (nicht zu verwechseln mit gewöhnlicher Reflexion) und Dispersion. Der Brechungsindex von Diamant ist ziemlich hoch ( 2,417 ) und auch dispersiv (Koeffizient ist 0,044). Aufgrund dieser Tatsache ist Diamant eine wichtige Anwendung in der Optik.

Betrachten Sie einen ideal geschliffenen Diamanten. Ich erkläre es anhand der folgenden Abbildung. Wenn das Licht schräg einfällt$1$, es bricht innen und wandert durch das Gitter. An der Oberfläche, die Luft und Diamantmedien trennt, der Einfallswinkel$2$liegt sehr weit über dem kritischen Winkel ($c_a$) und gleichzeitig ($3$&$4$) findet die Reflexion an verschiedenen Oberflächen des Diamanten statt. Schließlich wird das Licht gebrochen.

Das erste zeigt den Mechanismus der internen dispersiven Reflexion. Die zweite Abbildung zeigt die Reflexionen in ideal geschliffenen, tief und flach geschliffenen Diamanten.

Hinweis: Damit eine Totalreflexion stattfinden kann, muss Licht von einem optisch dichteren Medium zu einem relativ dünneren Medium wandern. Außerdem sollte der Einfallswinkel weit über dem kritischen Winkel liegen.

Es gibt Youtube Goodies zum Thema...

Das gesuchte Phänomen heißt Totalreflexion . Sie können sich auch diesen Link ansehen , um weitere Informationen zu erhalten.

Um einen Vergleich mit Glas zu ziehen: In Glas (zum größten Teil) wird Licht, wenn es darauf fällt, an einer Oberfläche gebrochen und an der anderen Oberfläche erneut gebrochen und verlässt das Material. Dies passiert nicht immer, es gibt eine gewisse interne Totalreflexion, aber der „kritische Winkel“ für Glas ist sehr hoch, sodass Sie es normalerweise nicht sehen.

Diamant hingegen hat einen sehr hohen Brechungsindex ($\approx 2.4$) und deshalb ist der Grenzwinkel für das Auftreten von Totalreflexion viel kleiner. So wird ein größerer Prozentsatz des einfallenden Lichts mehrmals intern reflektiert, bevor es aus dem Diamanten austritt, wodurch der Diamant wirklich glänzend aussieht.

Bearbeiten: Wie @JohnRennie auch erwähnt hat - es ist auch die Form, die für den Glanz wichtig ist. Ungeschliffener Diamant sieht nicht so hell aus, da die Einfallswinkel nicht über dem kritischen Winkel liegen.

Diamant hat einen sehr hohen Brechungsindex (etwa 2,42 im Vergleich zu etwa 1,5 für Glas). Die Lichtmenge, die an einer Grenzfläche zwischen Luft und was auch immer reflektiert wird, hängt mit der Änderung des Brechungsindex an der Grenzfläche zusammen, und allgemein gesagt, je größer die Änderung des Brechungsindex ist, desto mehr Licht wird reflektiert. Wenn Sie also einen Diamanten mit einem Stück Glas vergleichen, das in die gleiche Form geschnitten wurde, reflektiert der Diamant mehr Licht und funkelt daher mehr.

Das Funkeln ist nicht nur der hohe Brechungsindex – auch die Form ist wichtig. Diamanten werden so geschliffen, dass ein auf den Diamanten fallender Lichtstrahl im Inneren des Diamanten mehrfach reflektiert wird und somit Licht in alle Richtungen aussendet.

Tatsächlich glänzen Diamanten nicht, sie reflektieren. Sie nehmen einen Diamanten mit nach draußen, wenn es sonnig ist, und er wird die ganze Straße erhellen, aber sobald Sie ihn nach drinnen nehmen, ist es so dunkel wie immer. Der Diamant wurde tatsächlich von der Sonne reflektiert!