Приветствуем вас, наши дорогие читатели-мечтатели. Мы надеемся, что вы очень долго ждали возвращения этой рубрики. Радуйтесь, оно свершилось! В одной из наших прошлых статей, мы говорили о том, как сделать что-то подобное на стекло. Ну раз у нас есть обычное стекло, то может сразу стоит его усовершенствовать? Часто в книгах описывают, как главный герой, сварив стекло на костре, делает чуть ли не микроскоп. Не хотелось бы вас разочаровывать, но на самом деле так просто ничего не получится. Вспомните, если посмотреть сквозь бутылочное стекло, то все искажается. Это происходит не столько за счет кривой поверхности, сколько за счет того, что стекло неоднородно — оно состоит из фрагментов с разными коэффициентами преломления и даже цвета. Поэтому, если хочется сделать хотя бы примитивную подзорную трубу, то нужно озаботится производством стекла, причем близкого к оптическому, то есть высокой однородности и прозрачности.
Вообще-то у настоящего оптического стекла есть масса влияющих на качество параметров. Самый основной — это коэффициент преломления. Во-первых, этот показатель меняется от 1,43 до 2,17 в зависимости от типа стекла и его характеристик. Это очень большой разброс, но современной оптике и его не хватает — создаются керамические, кварцевые или сапфировые элементы. Второй параметр — дисперсия. Луч света состоит из волн разного цвета, а у каждого цвета немного свой коэффициент преломления. Именно поэтому по краям линзы мы видим цветные ореолы. Следующий важный параметр — это коэффициент поглощения (то есть прозрачность). И последнее — эти все коэффициенты в современном стекле отклоняются на мизерные величины — порядка одной десятитысячной процента. Нам такое будет только снится, но мы и не будем пока выпускать светосильные объективы. Нам главное — однородность полученного результата.
Так из чего же делать оптические приборы?
Конечно, для фараона можно сделать очки и из горного хрусталя — но сложность его обработки очень высока. Да и технологию под него придется создавать особую, что долго, а нас все же интересует массовое производство. Вариант же с сапфиром можно вообще отбросить — с твердостью 9 по Моосу его обрабатывать куда сложнее, чем горный хрусталь. В конце концов, можно просто переплавить кварц и получить кварцевое стекло — но для этого нужно 1730°С, что совсем-совсем нетривиально для древнего мира…
Поэтому делаем из стекла.
Итак, в чем отличие технологии простого оптического стекла от стекла для бутылок?
Во-первых — стекло нужно варить в закрытых сосудах. Из-за того, что для растопки используют уголь, то угольная пыль и сажа попадают в расплав и стекло получается темным.
Второе — температура для проварки должна быть достаточно высокой, выше 1500°С. При этом, чтобы расплавить стекло до состояния, когда с ним можно работать, нужно всего около 700°С. Поэтому процесс идет двухступенчато — сначала стекло проплавляют и результат выливают в воду — там он трескается, получаются так называемые фритты. Фритты перемалывают и плавят еще раз, с температурой до 1000°С. Кроме всего прочего, это дает более однородную структуру стекла, что очень важно для оптики.
Самое простое — свинцовое стекло. Но свинец, добавленный в стекло, окрашивает его в желто-оранжевый цвет. Чтобы цвет нейтрализовать, нужно вместо соды (Na2CO3) для варки свинцового стекла использовать поташ (K2CO3). Такое стекло называется «флинт» и варят его с 1635 года. Для простейших оптических приборов нам вполне подойдет.
Ну и последний секрет. В стекле попадаются так называемые «свили», это неоднородности в виде нитей (отлично видно в любой стеклянной бутылке).
Нам для оптического стекла они неприемлемы. Они образуются из-за контакта расплавленного стекла со стенками горшка, в котором плавят стекло. При такой температуры стенки горшка немного плавятся и вещества из них попадают в расплав, причем чем ближе к центру, тем их меньше. При отливе эта неравномерность и образуют нитки-свили, а если плавим двухступенчато, то при переплавке фритт образуются «мошки». Чтобы их не было, требуется при варке постоянно перемешивать расплавленную массу — простым железным прутом с огнеупорным наконечником. С одной стороны элементарно. Но сделать это непросто, так как горшок будет открыт и в него попадает сажа, для такого метода варки необходимо более сложную конструкцию печи. Кроме того — стекло варят до 4-х суток (если большие горшки), что простоты не добавляет. Но с другой стороны — стекло получается настолько однородным, что двухступенчатый процесс не обязателен — стекло можно сразу пускать в использование.
Таким образом, дорогие читатели, мы приходим к тому, что не все так просто. Уже возникают сложности с тем, что одному человеку не все по силам и надо развивать общество. А что мы будем делать дальше? Читайте через две недели!