Fysiken bakom ljus- och färgfenomen i kristaller – En fullständig optisk case study

Question 1

Varför är kristaller optiskt intressanta?

Answer 1

Ordnade gitter + anisotropi

Question 2

Vad är en optisk axel?

Answer 2

Riktning med unik ljushastighet

Question 3

Vad är dubbelbrytning?

Answer 3

Ljus delas i två strålar

Question 4

Exempel på dubbelbrytande kristall?

Answer 4

Kalcit (spaltar ljuset)

Question 5

Vad påverkar brytindex i kristaller?

Answer 5

Struktur, material, färgämnen

Question 6

Vad är ljusbrytning?

Answer 6

Ljus ändrar riktning i material

Question 7

Snells lag?

Answer 7

₁·sinθ₁ = n₂·sinθ₂

Question 8

Vad är dispersion?

Answer 8

n varierar med våglängd

Question 9

Vad ser man vid dispersion?

Answer 9

Regnbågseffekt (t.ex. opal)

Question 10

Exempel på kristall med stark dispersion?

Answer 10

Diamant

Question 11

Vad ger färg i kristaller?

Answer 11

Absorption av vissa våglängder

Question 12

Vad orsakar färgade mineraler?

Answer 12

Metalljoner (t.ex. Fe²⁺, Cr³⁺)

Question 13

Varför är aquamarin blå?

Answer 13

Fe²⁺ absorberar rött ljus

Question 14

Varför är rosenkvarts rosa?

Answer 14

Titanoxid, mangan och mikrosprickor

Question 15

Varför är opaler färgskiftande?

Answer 15

Gittereffekt från nanostruktur

Question 16

Vad är interferens?

Answer 16

Vågor samverkar (konstruktiv/destruktiv)

Question 17

Vad är optiskt gitter?

Answer 17

Regelbundet mönster som sprider ljus

Question 18

Exempel på naturligt gitter i kristall?

Answer 18

Opal (silica-sfärer)

Question 19

Vad är Braggs lag?

Answer 19

2d·sinθ = nλ

Question 20

Vad visar Braggs lag?

Answer 20

Våglängder reflekteras konstruktivt

Question 21

Vad är ljuspolarisation?

Answer 21

Riktad svängning i ljusvågen

Question 22

Vad gör kristall med anisotropi?

Answer 22

Delvis polariserar ljus

Question 23

Vad sker i turmalin?

Answer 23

Polariserar ljus naturligt

Question 24

Vad är birefringens?

Answer 24

Skillnad i brytindex per riktning

Question 25

Användning av birefringens?

Answer 25

Mikroskopi, stressanalys

Question 26

Vad är fluorescens i kristaller?

Answer 26

Utsänder ljus efter UV-absorption

Question 27

Exempel på fluorescerande kristall?

Answer 27

Fluorit (grön/blå i UV)

Question 28

Skillnad fluorescens vs fosforescens?

Answer 28

Fluorescens = direkt, fosforescens = fördröjd

Question 29

Varför lyser vissa kristaller i UV?

Answer 29

Elektronexcitation & emission

Question 30

Vad används UV-ljus till i mineralogi?

Answer 30

Identifiera mineral med emission

Question 31

Vad styr emissionens färg?

Answer 31

Energinivåer i kristallstrukturen

Question 32

Vad är ett linjespektrum?

Answer 32

Specifika våglängder (emission)

Question 33

Vad kan absorptionsspektrum visa?

Answer 33

Vilka färger filtreras bort

Question 34

Vad påverkar spektrum i kristall?

Answer 34

Atomstruktur + kristallfält

Question 35

Hur används spektroskopi i geologi?

Answer 35

Identifiera grundämnen i kristall

Question 36

Vad är totalreflektion?

Answer 36

Ljus reflekteras helt vid gränsyta

Question 37

Exempel på kristall med totalreflektion?

Answer 37

Bergkristall (kvarts)

Question 38

Vad är kritisk vinkel?

Answer 38

Minsta vinkel för totalreflektion

Question 39

Vad är ljusets väg i prisma?

Answer 39

Bryts → reflekteras → sprids

Question 40

Hur används kristaller i optik?

Answer 40

Prisman, laserkavitet, gitter

Question 41

Hur kan kristaller skapa färgeffekter?

Answer 41

Absorption, dispersion, gitter

Question 42

Vilka vågfenomen styr kristalleffekter?

Answer 42

Brytning, interferens, polarisation

Question 43

Hur påverkar kristallstruktur ljus?

Answer 43

Ändrar riktning, färg, styrka

Question 44

Vilken fysik används i kristalloptik?

Answer 44

Vågrörelselära + kvantfysik

Question 45

Hur kan kristaller användas tekniskt?

Answer 45

Linser, filter, lasrar, sensorer

Question 47

Kristalldispersion

Answer 47

Kristalldispersion är principen där en kristall bryter, sprider och färgar vågor som ljus eller ljud. På grund av kristallens ordnade gitterstruktur bryts vågorna olika beroende på deras frekvens eller våglängd. Detta gör att olika färger i ljus eller olika toner i ljud sprids ut, förändras eller förstärks på olika sätt. Kristalldispersion visar hur fasta material aktivt påverkar vågors utseende och rörelse.

Question 48

Gitterstruktur

Answer 48

Kristaller består av atomer som ligger i mycket ordnade, upprepande mönster – ett gitter. Den här ordningen ger materialet speciella egenskaper: det kan fånga, sprida och påverka vågor på unika sätt som oordnade material (t.ex. glas eller plast) inte kan.

Question 49

Brytning (refraktion)

Answer 49

När en våg går från ett material till ett annat (eller in i ett tätt gitter) ändrar den hastighet, och därför också riktning – den “bryts”. I kristaller kan brytningen vara mycket komplex, eftersom riktningen och hastigheten kan variera beroende på kristallens inre symmetri.

Question 50

Dispersion

Answer 50

Dispersion är när olika våglängder (t.ex. blått och rött ljus) bryts olika mycket. Resultatet är att en vit våg delas upp i sina färger. I ljud motsvaras detta av att olika frekvenser (höga och låga toner) kan spridas eller färgas annorlunda.

Question 51

Anisotropi

Answer 51

I kristaller är egenskaper (som hur mycket en våg bryts) inte alltid lika i alla riktningar. En våg som rör sig längs en axel kan spridas annorlunda än om den rör sig på tvären. Detta kallas anisotropi – materialet är riktningberoende.