Download Lecture 1 LIGHT ِARABIC VERSION

Optical Mineralogy
224 Geo
‫علم بصرايت املعادن‬
‫ جيو‬224
1
CourseFirstoutlines
Semester of the
Academic Year 1431- 1432H (2009 – 2010)
1. General Information:
Course Director : Dr. Bassam A. Abu Amarah
Contributer : Mr. Saeed Shaltouni
Course Title : Optical Mineralogy.
Course Code : 224 Geo.
Credit hours: 3 credit hours (2+1+0).
Course outlines – cont’d
 Level/ year the course is offered:
1st semester of the fourth year .
 Course pre-requisites: 101 Geo
(course Physical geology).
 Group Number: 17374.
 Lecture theater (room) : 1B 54
3
2 . Course objectives:
The aim of this course is to study the optical
properties of the rock forming minerals
using the polarized light microscope.
Students will learn how to identify the
rock
forming
minerals
and
its
characteristics by using the polarized
microscope.
4
Course objectives- cont’d:
This Course will develop student's
skills in P. M. techniques, and the
interaction of light behavior of
isotropic and anisotropic minerals,
this will be of a great help for the
students in their study of igneous,
metamorphic and sedimentary
rocks.
5
Course objectives- Cont’d:
The students will gain the basic knowledge
needed as well as the ability to analyze and
to interpret the data by using information of
the lectures, reports, assignments and
training, and via instrumentations and
techniques and will be taught the scientific
way of thinking and tackling problems.
6
3 . Course Description:
 The 224Geo.– course consists of sixteen wks,
2 lectures a week (30 lectures/semester).
1 practical session (2 hrs. each) =15 hours/
semester,
1 field trip (three days times)/ semester.
7
Course Description – Cont’d
Subsequently, the student is expected to achieve
knowledge and applying it in identifying minerals
under the polarizing microscope by applying and
using their optical properties, and to apply the
physical characteristics of each mineral in order to
identify the crystallized materials by using polarized
light, as well as gaining knowledge in determining
silicate minerals and their relationships.
8
4 - Course Evaluation:
Student Evaluation during the course:
No. Evaluation Tasks/tools
Week
due
% Proportion of the
evaluation during the
course session
1
Homework
5-9-12
10%
2
Writing Reports
7
3%
3
First Exam
6
10%
4
Practical (Lab)Test
13
15%
5
Second Test
14
10%
6
Final Exam
15
50
7
Student
Attendance+mindsetup
2%
9
5- Essential References and text books:
 Kerr, p. Optical Mineralogy 4 th ed, mc Graw- Hill
book co.
 Wm. Revell Phillips, Mineral Optics principals and
Techniques, W.H. FREEMAN AND COMPANY.
 P. Gay. An introduction to crystal optics, Longman,
London and Newyork,
 - Nesse, W. D. 1991. Introduction to optical
mineralogy 2 nd. ed .oxford univ. press, New York .
10
Essential References and text books – Cont’d
 Shelley, D. 1985. Optical mineralogy , Elsevier sci.
publisher , New York.
 ‫الدكتور أحمد محمد بشادي و الدكتور ممدوح عبد الغفور‬
‫ مكتبة‬- ‫م‬1981 ‫ الطبعة األولى‬-‫ المعادن تحت المجهر‬،‫حسن‬
.‫ الكويت‬/‫الفالح‬
 Assigned periodicals (Journals, Reports, etc)
 Internet search for the related topics, and other
learning materials.
 The course director will provide students with
relevant materials and learning aids.
11
6- Course outlines:
No of
weeks
Lecture
Time
Date
Lecture's Title
Sun
9/11/1431
17/10/2010
Introduction: nature of light, optical
Sun
16/11/1431
24/10/2010
Introduction: nature of light, optical
No. Of Contact
Weeks hours
5-6 PM
1
6-7 PM
5-6 PM
2
classification of crystals.
classification of crystals.
1
2
1
2
6-7 PM
3
5-6 PM
Sun
23/11/1431
31/10/2010
Mineral preparation for microscopic study.
1
2
12
Course outlines –Cont’d:
5-6 PM
4
6-7 PM
5-6 PM
5
6-7 PM
Sun
1/121431
7/11/2010
Isotropic and anisotropic minerals, Polarized light
1
Wed from
4/12/1431
10/11/2010 Haj vacation
To
Date of starting study again on Tue. 17/12/1431
16/12/1431 corresponding to23/11/2010
22/11/2010
2
1
2
1
2
The polarizing microscope , index of refraction
6
5-6 PM
Sun
22/11/1431
28/11/2010 The polarizing microscope , index of refraction
13
Course outlines –Cont’d
5-6 PM
7
6-7 PM
Sun
29/12/1431
5/12/2010
First assessment exam
Sun 6/1/1432
12/12/2010
Interference colours and interference figures
Sun
13/1/1432
20/12/2010
Uniaxial crystal optics, biaxial crystal optics
5-6 PM
8
1
2
Interference colours and interference figures
1
2
6-7 PM
5-6 PM
9
6-7 PM
1
2
14
Course outlines –Cont’d
5-6 PM
10
6-7 PM
5-6 PM
11
Uniaxial crystal optics, biaxial crystal optics
Sun 20/1/1432
26/12/2010 2nd semester of 1st semester
1
Sun 27/1/1432 The indicatrix
2/1/2011
1
Sun 5/2/1432
9/1/2011
1
Mineral descriptions
6-7 PM
12
5-6 PM
Mineral descriptions
2
2
2
15
Course outlines –Cont’d
5-6 PM
13
6-7 PM
Sun
12/2/1432
16/1/2011
Application of the colour chart to the study of
minerals Second assessment exam
1
2
5-6 PM
14
15
6-7 PM
Sat
18/2/1432
22/1/2011
to29/2/2/1432
2/2/2011
18 – 29
/2/1432
Final exams
1st semesterfinal exams startingand ending
dates
16
N.B.:
 1st semester course starting date on Sat. 16/10/1431
corresponding to 25/9/ 2010-10-02.
 Al Adha vacation starts on Wed. 4/12/1431 – 10/11/2010.
 Commencing the semester study session by Mon.
16/12/1432 22/11/2010.
 1st semester exams will start on 18/2/1432 – 22/1/2011.
 Med year vacation will start by Wed. on 29/2/1432 2/2/2011.
 Commencing date of the Second semester session will
be on Sat. 9/3/1432 –
17
‫الضوء‪.‬‬
‫‪‬الضوء هو أحد صور الطاقة وهو عبارة عن موجات ذات‬
‫اطوال تحفز العين البشرية لإلحساس بها و بالتالي رؤيتها‪.‬‬
‫‪‬الضوء عند اليونانيين األوائل ‪:‬‬
‫أن الضوء عبارة عن حزمة من الجزيئات تسمى‬
‫‪Corpuscles‬‬
‫تنعث أو تدخل العين من األجسام الالمعة ‪ 00‬وأستمر ذلك‬
‫هذا اإلعتقاد حتى القرن السابع الميالدي‬
‫‪18‬‬
‫‪‬العالم )‪: (C. Hygens – 1629 – 1695‬‬
‫إعتبر أن الضوء ينتشر أو يتذبذب بموجات طولية‬
‫‪ ، LONGITUDINAL WAVES‬وهو أول شرح‬
‫حدوث اإلنكسار و اإلنعكاس للضوء‪.‬‬
‫‪ ‬العالم ‪(Thomas Young 1773 – 1829, A.‬‬
‫‪Fresnal 1788 – 1827, and J. Foucault‬‬
‫))‪ (1819 – 1868‬قد أقرو ا أن الضوء عبارة عن موجات‬
‫)‪ ، (wave‬إال أن هذه مستعرضة ‪ Transverse‬وليست‬
‫طولية ‪ ،‬ولم يكونون راضين هذا اإلستنتاج‪.‬‬
‫‪19‬‬
‫‪‬العالم ‪(Michael Faraday (1791 -1867, and J.‬‬
‫)‪ Henry (1797 – 1878‬أكتشفا أن هناك أنها عبارة عن‬
‫تيار محفز ‪ ، Electrical Induction‬ثم كان ‪Faraday‬‬
‫هو أول من أكتشف ‪ Faraday‬أن الضوء عبارة عن‬
‫جزئيات مغناطيسية ‪Magneto - Optic‬‬
‫‪20‬‬
‫‪‬ثم جاء العالم ‪(James Clark Maxwell (1831 -‬‬
‫)‪ 1879‬الذي لفت األنظار عن إمكانية وجدود عالقة‬
‫كهربائية و مغناطسية للضوء‪.‬‬
‫ونظريته أن الضوء هو ‪ ، Electromagnetic‬وأن‬
‫الضوء عبارة ظاهرة كهربائية و مغناطسية متالزمة‬
‫وقد إستنتج أن هذه النظرية صحيحة وأن الضوء عبارة عن‬
‫موجات كهرومغناطيسية تسير بسرعة الضوء‪.‬‬
‫‪21‬‬
‫‪‬العالم )‪(Heinrich Hertz (1857 – 1894‬‬
‫قام بإثبات وتأكيد صحة نظرية العالم ‪ Maxwell‬أعاله عن‬
‫طريق إجراؤه للعديد من التجارب المعملية( وأن الضوء‬
‫عبارة عن موجات كهرومغناطيسية‘ وقام بقياس أطوال‬
‫الموجات وأنها عبارة عن طبيعة الضوء‪.‬‬
‫‪22‬‬
‫‪‬وأخير في بدايات القرن الحالي بدأت حقبة جديدة من العلوم‬
‫الفيزيائية وعن بعضمن العلماء الكبار مثل ‪:‬‬
‫‪(J. Thomson (1856-1940), Ernest‬‬
‫‪( 1871-1937), Neil Bohr Rutherford‬‬
‫)‪(1885 -1962‬‬
‫الذين إكتشفوا العالم الداخلي للذرة وأقترحوا البناء الداخلي للذرة‬
‫‪ ‬ثم جاء العالم )‪ (Planck 1900‬أن مصدرالضوء يشع‬
‫أشعته عن طريق حزمة من الفوتونات ‪.‬‬
‫‪23‬‬
‫الطيف الكهرومغناطيسي‬
‫‪Spectrum‬‬
‫‪ ‬وهو عبارة عن مدى كامل من اطوال‬
‫الموجات الكهرومعناطيسية في أقصي‬
‫النهاية الطرفية للمدى تقع أطوال الموجات‬
‫القصيرة الموجات )‪(Shortest Wave‬‬
‫وذات التردد )‪ (Frequency‬المرتفع‪.‬‬
‫‪ ‬وفي النهاية الطرفية األخرى للمدي تقع‬
‫أطوال الموجات الطويلة ‪(Longest‬‬
‫)‪ Waves‬وذات التردد‬
‫)‪ (Frequency‬المنخفض‪.‬‬
‫‪ ‬الضوء المرئي يقع بالقرب من وسط هذا‬
‫الطيف‬
‫‪24‬‬
‫‪The Electromagnetic‬‬
Spectrum and Analytical
Spectroscopy
25
‫مكوانت الشعاع الضوئي‬
‫‪Components of light Ray‬‬
‫الكهربائية‬
‫الموجات‬
‫المغناطيسية‬
‫والموجات‬
‫تذبذبان على بعضهما‬
‫البعض بزاوية قائمة بإتجاه‬
‫تذبذب الموجة‪.‬‬
‫وعليه في بصريات المعادن‬
‫يرجع إلى الموجة الكهربائية‬
‫و التي تتذبذب بإتجاه ذبذبة‬
‫الضوء‪.‬‬
‫‪26‬‬
‫الشعاع الكهرومغناطيسي‬
‫‪Electromagnetic‬‬
‫‪Radiation‬‬
‫وعليه سيكون سلوك الضوء المار في المعادن الشفافة ناتجا‬
‫من تفاعل الموجات الكهربائية لموجة الشعاع الضوئي مع‬
‫الخواص الكهربائية للمعدن والتي تعود إلى البناء الذري‬
‫الداخلي لذرات المعدن و الروابط الكيميائية للمعدن‬
‫‪27‬‬
‫ ‪Nature of Light‬‬‫طبيعة الضوء – خواص الضوء‬
‫‪Properties of Light‬‬
‫‪ ‬مسميات أجزاء الموجة ووصفها‪:‬‬
‫‪‬بما أن الضوء هو أحد صور الطاقة وله الخواص التالية‪:‬‬
‫‪‬ينتشر في الفراغ في جميع اإلتجاهات في حركة موجية تبدأ من‬
‫نقطة اإلنتشار ( المصدر الضوئي) بصورة مماثلة لحركة األماج في‬
‫بحبرة عند رمي حجر فيها‪.‬‬
‫‪‬يتحرك الماء في دائرة أحد قطريها يوازي إتجاه حركة الموجة‪،‬‬
‫والقطر اآلخر يتحرك عمودي على إتجاه المجة (أي في إتجاه رأسي‬
‫‪28‬‬
‫لألعلى لألسفل)‪.‬‬
‫خواص الضوء‬
‫‪Properties of light‬‬
‫‪ ‬حركة الموجة ‪: Wave Motion‬‬
‫‪‬تنشأمن جمع حركتين توافقيتين‬
‫أحدهما ‪)1‬أفقية منتظمة مستقيمه‬
‫‪Uniform Rectilinear‬‬
‫‪ ، motion‬و‪ )2‬األخرى رأسية‬
‫بسيطة ‪Simple Harmonic‬‬
‫‪ )3 .motion‬يبدأن من نقطة‬
‫اإلنتشار ‪Transmission‬‬
‫‪Point.‬‬
‫‪29‬‬
‫خواص الضوء‬
‫‪Properties of light‬‬
‫لهذا فإن ‪ )1‬أعلى نقطة‬
‫لإلزاحة تسمى بالقمة‬
‫‪. Crest‬‬
‫‪ )2‬وإن أقل نقطة‬
‫لإلزاحة السفلية تسمى‬
‫بالقاع ‪. Trough‬‬
‫‪30‬‬
‫رؤيتها كان التصور عند فالسفة االغريق ان الضوء يخرج من العين ويسقط‬
‫على الجسم فنراه‪.‬‬
‫‪‬الضوء عند العرب والمسلمين ومن اشهر علماؤهم الذين درسوا الضوء‬
‫هو الحسن بن الهيثم وقال ان الرؤية تتم نتيجة ورود الضوء من االجسام‬
‫المرئية الى العين فتراها‪ ،‬وهذا في القرن الحادي عشرولكنه لم يفسر‬
‫طبيعة االشعاع‪.‬‬
‫‪31‬‬
‫‪‬في القرن السابع عشر وضعت نظريتان لتفسير الضوء‬
‫‪-1‬نظرية الدقائق او الجسيمات‪:‬‬
‫وكان يدافع عنها نيوتن وهي تفترض ان الضوء مكون من‬
‫جسيمات صغيرة تنبعث من المصدر وتنتشر بسرعة كبيرة‪.‬‬
‫‪-2‬النظرية الموجية‪:‬‬
‫وكان يدافع عنها هويجنز الذي افترض أن الضوء عبارة عن‬
‫طاقة تنتقل من مكان الخر على شكل موجات تحدثها هذه‬
‫الطاقة‬
‫‪32‬‬
‫‪‬ثم جاء ماكس بالنك ‪1900‬م ووضع نظرية الكمالتي‬
‫استخدمها في تفسير االشعاع الحراري وتفترض ان‬
‫انتقال الطاقة يتم بكمات يتوقف مقدار كل منها على‬
‫تردد االشعة ‪.‬‬
‫‪‬قام العالم اينشتين بالجمع بين نظريتي الضوء وفرض‬
‫ان الضوء عبارة عن جسيمات تسمى الفوتونات او‬
‫الكمات لكل منها طاقة طاقة الفوتون =ثابت بالنك‬
‫‪33‬‬
‫اثبت بالنك‬
‫‪ ‬هو عبارة عن وحدة للطاقة (جول‪ X (J) ,‬مضروبة‬
‫بوحدة الزمن (ثانية)‪ ,‬وبالتالي هي‬
‫وحدة عمل (جول‪/‬ثانية)‪,‬‬
‫أي أن قيمة ثابت بالنك هي‪:‬‬
‫‪-34‬‬
‫‪J.s‬‬
‫‪34‬‬
‫‪h= 606260693(11) X 10‬‬
‫‪ ‬اهمية ثابت بالنك‬
‫‪ ‬يعتبر ثابت بالنك ‪ h‬إلى جانب سرعة الضوء في الفراغ ‪c‬‬
‫وثابت الجاذبية ‪ G‬من أهم الثوابت الطبيعية على اإلطالق‬
‫ألنهم يحددون إلى جانب قوي أساسية‪ ،‬وكتلة األلكترون و‬
‫كتلة البروتون و شحنة أولية تكوين الكون كله من نجوم و‬
‫مجرات ومن كواكب ومن أرض نشأت عليها الحياة‪.‬‬
‫‪35‬‬
‫‪ ‬يقابل هذا الثابت قيمة أخرى هي قيمة هذا الثابت‬
‫مقسومة على ‪π 2‬ورمزه ويلفظ "آش بار“ ويسمى‬
‫عادة ثابت ديراك نسبة للعالم ‪Paul Dirac 1928‬‬
‫‪36‬‬
‫‪ ‬معادلة ديراك أهمية عظمى في الفيزياء النظرية ‪ ،‬وكانت هذه‬
‫المعادلة مدهشة ذلك ألنها أمدتنا بالوصف الدقيق جدا لدوران‬
‫الجسيمات األولية واشد من ذلك غرابة فقد كانت المعادلة‬
‫تحتوى على عناصر سالبة لكتلة الجسيمات ‪.‬‬
‫‪ ‬ونتيجة لذلك فقد استنتج ديراك أن كل جسيم البد وان يحتوى‬
‫على جسيم مضاد‪.‬‬
‫فلمع بنظريته الكمومية عن حركة اإللكترون التي قادته عام‬
‫‪ 1928‬الفتراض وجود جسيم مطابق لإللكترون في جميع‬
‫مظاهره‪ ،‬إال أنه يتمتع بشحنة كهربائية معاكسة باإلشارة‬
‫لشحنة اإللكترون دعي البوزبترون‪.‬‬
‫‪37‬‬
 The human eye is sensitive to only a tiny part, the part
that is called light. The wavelengths of visible light
range from about 350 or 400 nm to about 750 or 800
nm. The term "light" is often extended to adjacent
wavelength ranges that the eye cannot detect—to
iinfrared radiation, electromagnetic radiation having a
wavelength in the range from c.75 × 10−6 cm to
c.100,000 × 10−6 cm (0.000075–0.1 cm).
.....
38
 which has a frequency less than that of visible light,
and to ultraviolet radiation, invisible electromagnetic
radiation between visible violet light and X rays; it
ranges in wavelength from about 400 to 4 nanometers
and in frequency from about 1015 to 1017 hertz.
..... and black light, which have a frequency greater
than that of visible light.
39
Light
 wavelength
 The distance between crests of a wave. The wavelength
determines the nature of the various forms of radiant
energy that comprise the electromagnetic spectrum.
For electromagnetic waves, the wavelength in meters is
computed by the speed of light divided by frequency
(300,000,000/Hz). For sound waves, the wavelength is
determined by 335/Hz. See optical bands.
Length of a Wave The wavelength is the distance
between crests. The higher the frequency, the shorter
the wavelength.
40
41
The Nature of Light:
 The scientific study of the behavior of light is called
Optics, scientific study of light. Physical optics is
concerned with the genesis, nature, and properties of
light; physiological optics with the part light plays in
vision; and geometrical optics with the reflection and
refraction of light as encountered in the study of
reflection, return of a wave from a surface that it
strikes into the medium through which it has traveled.
The general principles governing the reflection of light
and sound are similar, for both normally travel in
straight lines and both are wave phenomena.
.....
42
 light by a mirror, in optics, a reflecting surface that
forms an image of an object when light rays coming
from that object fall upon it (see reflection). Usually
mirrors are made of plate glass, one side of which is
coated with metal or some special preparation to serve
as an object.
..... object, refraction, in physics, deflection of a wave
on passing obliquely from one transparent medium
into a second medium in which its speed is different,
as the passage of a light ray from air into glass.
43
 lens, device for forming an image of an object by the
refraction of light. In its simplest form it is a disk of
transparent substance, commonly glass, with its two
surfaces curved or with one surface plane and the
other curved.
..... Or prism, in optics, a piece of translucent glass or
crystal used to form a spectrum of light separated
according to colors. Its cross section is usually
triangular.
...., diffraction of light as it passes by the edge of an
opaque object, and
44
 interference, in physics, the effect produced by the
combination or superposition of two systems of
Waves, in which these waves reinforce, neutralize, or
in other ways interfere with each other.
polarization of light, orientation of the vibration
pattern of light waves in a singular plane.
Characteristics of Polarization
Polarization is a phenomenon peculiar to transverse
waves, i.e.
45
What is Light?
Light is simply a name
for
a
range
of
electromagnetic
radiation that can be
detected by the human
eye
46
Speed of light
47
48
49
50
51
52
53
54