Optik

Lichtbrechung

Diamanten

  • Verlaufen Lichtstrahlen immer geradlinig?
  • Wie funktioniert ein Prisma?
  • Warum können wir unter Wasser schlecht sehen?
  • Wie entsteht eine Fata Morgana …
  • … und wie ein Regenbogen?

Diamanten

 

Diamanten bestehen genauso wie der Graphit von Bleistiftminen aus Kohlenstoff. Allerdings ist die Anordnung der Kohlenstoffatome beim Diamanten deutlich verschieden von der beim Graphit. Diamanten sind sehr hart. Diamantensplitter werden daher zum Glasschneiden oder auch zum Bohren eingesetzt. Das Diamantenpulver ist sehr gut zum Schleifen geeignet. Diamanten entstanden bei hoher Temperatur und hohem Druck aus Kohlenstoff. Man ist heute in der Lage künstliche Diamanten herzustellen.

Den meisten Menschen ist der Diamant aber als Schmuckstück ein Begriff. So ist z.B. die nebenstehende Krone reichlich mit Diamanten bestückt. Wenn diese richtig geschliffen sind, so funkeln sie sehr schön. Oft wird das Licht auch in seine Spektralfarben zerlegt.

Rohdiamanten findet man unter anderem in Südafrika oder in Ceylon. Das Schleifen der Diamanten erfordert viel Erfahrung und Handwerkskunst. Ein Zentrum der Diamantenschleiferei ist in Amsterdam. Das untere Bild zeigt einen sehr schön geschliffenen Diamanten.

Das Funkeln der Diamanten beruht darauf, dass das auf sie treffende Licht im Diamanten sehr oft totalreflekiert wird. Hierfür sind zwei Fakten maßgebend:

  • Die hohe Brechzahl von Diamant.
  • Der gekonnte Schliff (cut) des Diamanten.

Erläutere, was die hohe Brechzahl des Diamanten beim Übergang von Luft zum Diamanten bedeutet.

Bestimme den Grenzwinkel der Totalreflexion für den Übergang von Diamant nach Luft. Benutze hierzu das Diagramm auf der Grundwissen-Seite.

Mögliche Austrittswinkel bei Übergang aus Wasser bzw. Diamant in Luft

Im Vergleich zu Wasser ist bei Diamant der Grenzwinkel der Totalreflexion wesentlich kleiner (Wasser: \(48^\circ \); Diamant \(24^\circ \)).

Beim Übergang vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium werden die auf A zulaufenden Strahlen aus dem gelben Bereich in die Luft gebrochen, die aus dem bläulichen Bereich totalreflektiert. Man sieht, dass der Anteil der totalreflektierten Strahlen beim Diamant deutlich größer ist als z.B. beim Wasser.

Bei einem Standard-Schliff eines Diamanten entstehen 58 Flächen. Wenn die Lage dieser Flächen richtig ist, dann wird das einfallende Licht im Diamanten fast vollständig total reflektiert und entweicht aus dem Diamanten im wesentlichen wieder in die Einfallsrichtung. Dadurch entsteht der funkelnde, glitzernde Eindruck.

Die nachfolgenden Bilder zeigen den Strahlenverlauf in einem richtig geschliffenen Diamanten (links), in einem zu flachen Diamanten (Mitte) und in einem zu dicken Diamanten (rechts).

  

Ergänzung für besonders Interessierte

Über die Qualität und damit den Preis eines Diamanten entscheiden die sogenannten vier C's:

  • Cut (Schliff): Ein gut geschliffener Diamant, gleich welcher Form, reflektiert das einfallende Licht besser, er ist "brillanter" und hat mehr "Feuer".
  • Colour (Farbe): Die teuersten Diamanten sind die völlig Farblosen, da sie am leichtesten vom Licht durchdrungen werden können.
  • Clarity (Reinheit): Die meisten natürlichen Diamanten haben kleine Einschlüsse. Je weniger und je kleiner diese Einschlüsse sind, um so besser kann das Licht den Stein durchdringen.
  • Carat (Gewicht): Das Gewicht eines Diamanten wird in Carat angegeben. Ein Carat ist 0,2 Gramm.
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