Rifrazione diamante taglio brillante

Diamante taglio brillante

Introduzione

Nel diamante taglio brillante i diamanti vengono tagliati in varie forme fantasia: la marquise, la baguette, il cuore, la goccia, l’ovale, il quadrato e il taglio smeraldo.
Nonostante la grande varietà disponibile, il più classico rimane ancora il diamante taglio brillante rotondo con simmetria a otto, stile che più di tutti gli altri ha goduto di un lungo ed intenso sviluppo nel corso degli anni.
La sua storia che inizia già nel primo secolo a.C., raggiunge il suo apice solo nel ventesimo secolo con il raggiungimento della classica forma a taglio brillante rotondo.
Questo stile di taglio viene talmente associato a questo materiale, che oggi il diamante viene definito brillante, a prescindere dalla sua forma effettiva, anche se in senso stretto, la parola “brillante” definisce un preciso e particolare stile di taglio.
Questo termine, senza altre specifiche, dovrebbe essere utilizzato solamente per descrivere i diamante taglio brillante.
Rifrazione diamante taglio brillante
Rifrazione diamante taglio brillante

 

I diamanti privi di taglio non permettono di capire le particolari ed uniche proprietà ottiche del materiale sfaccettato.

Diamante come si deve tagliare?

Il grezzo, infatti, spesso presenta un “rivestimento” non trasparente dalle sfumature gialle, marroni o grige, che nasconde la sua intrinseca bellezza.
Solo con il taglio è possibile trasformare un banale “ciottolo” in una gemma dalla trasparenza cristallina che, per quanto riguarda purezza, lucentezza e dispersione prismatica non ha rivali, e che affascina l’uomo da centinaia di anni.
Il fascino esercitato dai diamanti deriva non solo dal suo intrinseco colore di fondo che istintivamente attrae l’occhio umano, ma soprattutto dalle sue ineguagliabili proprietà ottiche, in particolare l’indice di rifrazione e la dispersione.
Il diamante taglio brillante rotondo, in modo particolare, riesce ad armonizzare al meglio tutte queste caratteristiche, offrendo un livello di brillantezza che non ha eguali.
La massima brillantezza, ossia la combinazione di lucentezza, rifrazione della luce, riflessione totale, dispersione del colore e scintillio, deriva non solo dall’esperienza pratica e dalle capacità manuali del tagliatore.
Anche dalla conoscenza e dalla capacità di applicare le leggi fisiche ed ottiche c e stanno alla base dello sviluppo di un buon taglio.
La bellezza del diamante taglio  brillante riesce ad esprimersi al massimo solamente quando si seguono e utilizzano piani ed angoli di taglio accuratamente studiati.
Nei prossimi paragrafi, verranno illustrati i principi fisici che stanno alla base di questi fenomeni e la cui comprensione e indispensabile per capire appieno i processi che danno forma al diamante tagliato.

Brillantezza

Brillantezza da un punto di vista fisico, il termine “brillantezza” interessa diversi e distinti processi ottici del diamante taglio brillante:
Brillantezza esterna: la lucentezza prodotta dalla riflessione della luce sulla superficie delle faccette.
Brillantezza interna:
la rifrazione e la riflessione totale della luce sulle faccette del padiglione.
Dispersione: la suddivisione e dispersione della luce nei colori dello spettro;
la dispersione è la caratteristica che più rappresenta il “fuoco” o “vita” della pietra.
Scintillio:  causato dalle riflessioni di luce che colpiscono la superficie con angolazioni diverse, quando la pietra, la fonte di luce o l’osservatore so‘no m’ momento.

Brillantezza esterna  – lucentezza

 

Un raggio di luce che colpisce la superficie di un diamante taglio brillante viene diviso in due raggi: una parte del raggio entra nel diamante ed un’altra parte viene riflessa dalla superficie della pietra.
L’angolo di riflessione di tale raggio (R), rispetto alla normale (‘A’), è uguale al suo angolo di incidenza (I).
Diamante Brillantezza esterna - Lucentezza
Diamante Brillantezza esterna – Lucentezza

 

La lucentezza di una gemma che nel caso del diamante taglio brillante e‘ molto alta e viene definita “adamantina” – descrive la totalità della luce riflessa dalla superficie.
La quantità di luce riflessa dipende dall’angolo di incidenza.
Come mostrano gli esempi, più aumenta l’angolo di incidenza rispetto alla normale, più il raggio riflesso si awicm’a alla superficie del materiale.
Quando il raggio di luce colpisce la superficie perpendicolarmente, la maggior parte di esso penetra all’interno della pietra.
L’aumentare dell’angolo di incidenza (E), aumenta l’intensità della lucentezza, e quando E=70°, si raggiunge una riflessione di circa il 27% della luce incidente totale.
Solo quando la luce colpisce la superficie in modo quasi orizzontale, la lucentezza arriva ad eccedere la brillantezza interna e la dispersione.
Diamante taglio brillane rifrazione luce
Diamante taglio brillante rifrazione luce
Il grafico a lato illustra il rapporto tra la luce riflessa e l’angolo di incidenza. L’intensità dell’incidenza ad angolo retto non scende a zero, ma mantiene un valore residuo Ro.
Quantità di luce riflessa a seconda dell'angolo di incidenza
Quantità di luce riflessa a seconda dell’angolo di incidenza
L intensità della lucentezza” può essere definita come R0 e dipende esclusivamente dall’indice di rifrazione (n) , come risulta più chiaro dal semente esempio:
Calcolo intensità ottica
Calcolo intensità ottica
Maggiore e il valore di Ro, maggiore e la brillantezza esterna.
Maggiore e il valore il, maggiore il fattore Ro.
Quando viene riflessa da un diamante taglio brillante, la luce non subisce variazioni di colore.
Il raggio riflesso o lucentezza, mantiene quindi lo stesso colore della luce incidente.
Questa caratteristica risulta di grande importanza quando si osserva il colore di un diamante poiché il raggio riflesso e dello stesso colore della luce incidente lo sarà anche la luce riflessa.
Bisogna fare attenzione ad ambienti dai colori sgargianti, che potrebbero influire sulla classificazione del colore.

Brillantezza interna, rifrazione della luce, riflessione totale

La luce incidente che passa attraverso la superficie, viene rifratta.
In linea di principio se il raggio di luce passa da una sostanza con minore densità ottica ad una con maggiore densità ottica, la rifrazione avviene verso la normale.
Al contrario se la luce passa attraverso un materiale con minore densità ottica del precedente, la rifrazione avviene in direzione opposta alla normale.
Maggiore è la differenza di densità ottica tra le due sostanze attraversate, maggiore è la deviazione della luce rispetto alla sua originale direzione di propagazione.
La densità ottica viene calcolata stimando la velocità della luce al suo interno. Per esempio la velocità della luce nell’aria e di 300.000 Km/sec (Cl), mentre in un diamante (misurata alla lunghezza d’onda di 5893 nm) è di 124.120 Km/sec (C2).
Il rapporto che si ottiene confrontando la velocità della luce nell’aria con quella nel materiale più denso viene definito Indice di Rifrazione.
 n diamante = 300.000 km-sec / 124.120 km-sec  =2,417 < 2,42
Dato che il diamante possiede una maggiore densità rispetto all’aria, il raggio di luce, una volta all’interno, viene deviato verso la normale.
Per chiarire maggiormente il processo di rifrazione, osservate la figura a lato: un raggio di luce (Eo) colpisce la tavola di un diamante nel punto .
Una piccola parte della luce viene n’flessa dalla superficie (Ei), mentre la maggior parte di essa entra nella pietra. Una volta all’interno del diamante, il raggio di luce (Eo) non continua lungo la direzione OS, ma viene rifratta verso la normale, lungo la direzione OG.
Diagramma diamante taglio brillante rifrazione della luce
Diagramma del diamante taglio brillante rifrazione della luce
Questo accade perché la luce passa da un materiale con densità ottica minore (l’an’a) ad uno con densità‘ ottica maggiore (il diamante).
La relazione matematica che intercorre tra la velocità della luce in due materiali adiacenti (C1 e C2) e il seno dell’angolo di incidenza (e) e dell’angolo di rifrazione (g), fu formulata dallo scienziato olandese Snellius all’inizio del diciassettesimo secolo, con la seguente equazione:
il rapporto tra il valore del seno di entrambi gli angoli o il rapporto tra le velocità della luce e‘ costante, viene definito rifrazione della luce ed e‘ rappresentato dalla lettera n. Da questa correlazione, l’angolo di rifrazione g viene calcolato quando un raggio di luce passa dall’aria al diamante.
E’ facile notare che se la luce cade perpendicolarmente alla superficie (e = 0) non viene rifratta.
Con un angolo di incidenza di 10°, l’angolo di rifrazione g in un diamante e di 5°, con un angolo di incidenza di 20° e‘ di circa 9°, e così via.
In senso stretto, l’indice di rifrazione n varia con la lunghezza d’onda della luce incidente.
Poiché’ la luce visibile bianca comprende diverse lunghezze d’onda.
La rifrazione delle gemme viene messo in relazione all’invariabile e riproducibile lunghezza d’onda della cosiddetta linea del sodio, a 5893 nm.
L’influenza della lunghezza d’onda sulla rifrazione verra‘ chiarita meglio nel paragrafo che riguarda la dispersione.
Conoscere le leggi della rifrazione risulta indispensabile per capire la riflessione totale, spiegata qui di seguito, che è responsabile della brillantezza interna del diamante.
La legge della rifrazione citata prima (Legge di Snellius), e‘ una regola universale e può essere applicata anche ai raggi che fuoriescono dal diamante, seguendo la direzione opposta.
In questo caso i raggi vengono deviati in direzione opposta alla normale.
La figura qui sotto mostra come l’angolo g aumenta più velocemente dell’angolo.
Maggiore e‘ l’angolo di incidenza BOM, e più ampio diventa l’angolo di rifrazione NOG.
Nel caso limite, se l’angolo e nella pietra giace tra E] e OM, l’angolo di emersione g raggiunge i 90°, cioè (ovvero) il raggio emergente viaggia lungo la superficie della pietra. Se l’angolo e aumenta oltre E10M, il raggio viene totalmente riflesso all’interno del materiale più denso. Questa condizione e‘ illustrata dal raggio E20, che, nel rispetto della legge sulla riflessione, viene riflesso in direzione OK».
La riflessione senza fuoriuscita di luce che avviene all’interno del materiale denso, viene definita riflessione totale. Il raggio E10, che una volta rifratto nell’aria raggiunge i 90° rispetto alla normale, è il raggio che delimita la riflessione totale ed include l’angolo limite BOM.
Di conseguenza l’angolo limite dipende totalmente dall’indice di rifrazione: maggiore è l‘indice di rifrazione, minore è l‘angolo limite.
Diamante taglio brillante e quarzo
Differenze della rifrazione tra diamante e quarzo taglio brillante

Differenze della rifrazione tra diamante e quarzo taglio brillante

Le seguenti illustrazioni mostrano il tragitto dei raggi di luce che vengono totalmente riflessi, in due materiali con indici di rifrazione diversi tra loro.
Un raggio di luce entra attraverso la corona di un diamante taglio brillante e di un quarzo con taglio a brillante di proporzioni simili.
In entrambi i casi (A1 nel diamante e A: nel quarzo), raggiunge le faccette del padiglione al di fuori dell’angolo limite*, dopodiché’ viene totalmente riflesso verso B1 e B2.
Nel quarzo, incontra Bl all’intemo dell’angolo limite, che nel caso specifico e‘ decisamente maggiore di quello del diamante (41°), a causa della minore rifrazione della luce (nl = 1.54, n2 = 1.55).
Il suddetto raggio di luce, quindi, non viene totalmente riflesso, ma e‘ rifratto nell’aria in B2 dalle faccette del padiglione del quarzo.
Al contrario nel diamante, dato il suo piccolo angolo limite (24°26′), il raggio di luce incontra B] al di fuori dell’angolo limite e subisce una seconda riflessione totale che lo porta verso l’alto dove, in C1, incontra le faccette della corona.
Qui, per poter uscire dalla pietra ed essere visibile dall’osservatore come brillantezza interna, deve fuoriuscire rimanendo all’interno dell’angolo limite.
Nei diamante taglio brillante, nei quali la riflessione totale gioca un ruolo determinante, le faccette del padiglione sono direttamente responsabili del corretto passaggio della luce all’interno della pietra.
Devono quindi essere posizionate in modo che, per quanto possibile, tutta la luce che passa attraverso le faccette della corona subisca una doppia riflessione totale e venga nuovamente diretta verso l’alto.
Questo può accadere solamente se
 – L’angolo limite è rappresentato come un cono che indica la zona circostante al punto di incidenza sulle faccette del padiglione
   la luce incontra le faccette del padiglione al di fuori dell’angolo limite.
Se questo non avviene, la luce fuoriesce dalle faccette del padiglione, a discapito della brillantezza interna.

Brillanti con padiglione troppo profondo:

Se il padiglione di un brillante e‘ troppo profondo la luce incidente che colpisce la pietra dall’alto, incontra la prima serie di faccette del padiglione al di fuori dell’angolo limite (nel punto A).
A questo punto viene riflessa verso le faccette opposte in modo tale che, nel punto B.
Cade all’interno dell’angolo limite e di conseguenza viene rifratta nell’aria. Se osservate attraverso la tavola, questo tipo di pietra appare scura.

Brillanti con padiglioni troppo poco profondi:

Se il padiglione di un brillante e troppo poco profondo, la luce incidente che colpisce la pietra dall’alto incontra le faccette del padiglione in A, esattamente all’interno dell’angolo limite e, di conseguenza, viene immediatamente rifratta nell’aria dove non e‘ più visibile dall’osservatore.
Questo tipo di pietra manca di brillantezza.
Quando la luce fuoriesce dall’intemo della pietra, entra in gioco anche la dispersione. Vediamo cosa accade nel paragrafo successivo.

Dispersione

Un raggio di luce che attraversa perpendicolare una forma piatta, non viene deviato dalla sua direzione originale.
Se al contrario, lo stesso raggio attraversa una forma prismatica, che presenta facce con angolazioni diverse una rispetto all’altra, subisce un cambio di direzione; il valore di tale deviazione dipende da diversi fattori:
» La lunghezza d’onda della luce » La forma del prisma
» L’indice di rifrazione del materiale prismatico
L’entità della dispersione dipende in gran parte dalla lunghezza d’onda della luce utilizzata. La luce bianca, come abbiamo già detto, e‘ formata dall’unione dei colori di base dello spetto: rosso, arancione, giallo, verde, blu e viola.

Diamante taglio rifrazione

Ciascuno di questi colori presenta una propria gamma di lunghezze d’onda:
» rosso 780—640 nm
» arancione 640—595 nm » giallo 595—570 nm
» verde 570—500 nm
» blu 500—400 nm
» viola 450—380 nm
Ogni colore viene rifratto in modo diverso dagli altri; più precisamente minore è la lunghezza d’onda del raggio, maggiore è la sua rifrazione.
Di conseguenza il rosso, che presenta la maggiore lunghezza d’onda, ha il minor indice di rifrazione. Mentre il viola subisce la maggiore deviazione.
Il passaggio di un raggio di luce bianca attraverso le facce inclinate di un prisma, provoca la separazione della luce bianca nei colori dello spettro.
diamante taglio brillante spettro luce
diamante taglio brillante spettro luce

 

La differenza numerica tra i due opposti indici di rifrazione, il rosso ed il viola, viene descritta come dispersione (D).
Dato che entrambi i colori corrispondono a determinate lunghezze d’onda.
Rispettivi indici di rifrazione vengono messi in relazione alle cosiddette linee di Fraunhofer, la B (per il rosso) e la G (per il viola). Il primo ad osservarle fil proprio il fisico Fraunhofer, che le identificò come invariabili linee scure presenti nello spettro del sole, e le descrisse utilizzando le lettere dell’alfabeto.

Indice rifrazione

Dato che gli indici di rifrazione sono:
n (viola) = 2,451 (che corrisponde a 430.8 nm della linea G) n (rosso) = 2,407 (che corrisponde a 687.0 nm della linea B) la dispersione del diamante e‘:
D = n (violet) — n (red) = 2,451 — 2,407 = 0,044
Il Grado di “& ertura & ventaolio” 0 dis ersione della luce bianca di ende rinei- D D palmente dall’angolo dl pendenza del raggio sulla superficie interna del materiale
mentre viaggia in uscita verse l’aria. La dispersicne maggiore si ottiene quando l’angclc di incidenza corrisponde al limite massimo dell’angelo limite.
Nel case del taglie a brillante queste significa che il raggio che viaggia dall’internc della pietra verse la ccrcna, dovrebbe incen-
trare le faccette della corcna con il maggior angclc pessibile rispetto
alla normale, per ottenere una ben visibile “apertura” dei colori.
Tale angolo di incidenza deve, però essere inferiore ai 24°26′ dell’angolo limite, altrimenti il raggio invece di essere rifratto verso l’aria, verrebbe totalmente riflesso verso l’interno.
Nei tre diagrammi seguenti dimostrano la relazione che intercorre tra la dispersione e l’angolo di incidenza della luce.
Infine, la quantità di luce che viene prima totalmente riflessa all’interno della pietra e poi dispersa, dipende anche dalla dimensione delle faccette della corona in relazione alla dimensione della tavola del brillante. Minore e‘ la tavola e più luce sara‘ dispersa dalle faccette inclinate della corona.
L’equilibrio tra brillantezza e dispersione dipende principalmente dalla combinazione tra la dimensione della tavola e l’angolo della corona.
Generalmente parlando, maggiore e‘ la dimensione della tavola, minore è l’angolo della corona e, di conseguenza, minore la quantità‘ di dispersione.
Nei brillanti con angoli bassi e tavole larghe, la maggior parte della luce riflessa dalle faccette del padiglione passa attraverso la tavola ad angolo retto, senza essere dispersa. Viene spontaneo pensare ai diamanti taglio vecchio.
Questi esibivano un”fuoco” particolarmente intenso grazie alle loro alte corone con faccette molto inclinate.
Scarseggiavano in luminosità a causa delle tavole non abbastanza grandi.
Per ottenere un buon rapporto tra brillantezza e dispersione, la luce deve poter entrare nella pietra con molte diverse angolazioni. Nel caso estremo di una corona assolutamente piatta una unica grande tavola – l’angolo di incidenza della luce verrebbe limitato ad una sola superficie.
Al contrario, in un diamante taglio brillante, le faccette della corona, creano una serie di prismi con molti angoli che permettono alla luce di entrare nella pietra da innumerevoli direzioni.
Detto questo si potrebbe erroneamente concludere che la cosa migliore sia tagliare la pietra in modo da ottenere un angolo della corona più ampio.
Con un angolo simile, però, si otterrebbe o una tavola molto larga (che darebbe l’impressione di una corona piatta).
Una corona molto alta (che porterebbe ad un errato utilizzo del grezzo con grande perdita di peso).
La lllllggl0f parte degli esperti concorda nel dire che un angolo della corona di circa 34° conferisce al diamante una ottimale e ben distribuita dispersione.
Nelle pietre con un basso angolo della corona c’è poca dispersione.
Contrariamente nelle pietre con angoli di corona elevati la luce che viene rifratta fuoriesce dai lati della pietra, facendo perdere l’effetto visivo desiderato.
Nel taglio brillante moderno, la necessità di ottenere la massima emissione di luce dalla tavola, assieme alla maggior dispersione possibile attraverso le faccette della corona, viene soddisfatta grazie alla perfetta combinazione di tutte le proporzioni.

Scintillio riflessione della luce del diamante taglio brillante

Lo scintillio e‘ prodotto dal numero e dalla disposizione delle riflessioni della luce, visibili quando la pietra o la fonte luminosa sono in movimento.
La quantità di riflessioni della luce a prescindere dal materiale dipende dal numero, dalla dimensione e dalla disposizione simmetrica delle faccette, così come dalla qualità della politura.
I brillanti molto piccoli, di dimensioni da 0.01 a 0.03 ct, spesso appaiono smorti e “sfuocati” e assomigliano a dei puntini lattescenti.
L’occhio umano non riesce a mettere a fuoco le riflessioni prodotte dalle 57 piccolissime faccette.
Invece è possibile con pietre delle stessa dimensione che pero‘ presentano un taglio a otto (taglio semplice o taglio huit/huit) con solo 16 faccette e che appaiono più brillanti e trasparenti.
Contrariamente molti famosi diamanti di grandi dimensioni appaiono privi di vita, perche’ possiedono ampie faccette che non creano abbastanza riflessioni.
Però se queste pietre vengono ritagliate in modo da presentare piu‘ faccette, acquistano in bellezza e luminosità.
Lo scintillio viene influenzato anche dalle dimensioni della tavola in relazione alle faccette della corona. Una tavola ampia comporta una riduzione della superficie riservata alle faccette della corona, ossia alle faccette fondamentali della corona.
Alle faccette di stella e a quelle superiori della cintura, che sono direttamente responsabili dello scintillio
Quando la pietra o la fonte di illuminazione vengono mosse.
A questo punto, dobbiamo nuovamente sottolineare l’importanza della qualità del taglio.
Dato che solo con un buon taglio si può veramente apprezzare appieno la bellezza di un diamante taglio brillante. Un buon taglio può dare luce anche ad un pietra inclusa potrà quindi essere utilizzata in un gioiello proprio come un diamante puro alla lente.