Естествознание. Базовый уровень. 11 класс - Сергей Титов

В начале XVIII в. было замечено, что некоторые соли способны под действием света менять свой цвет. Особенно перспективным в этом отношении веществом оказались соли серебра. Однако прошло ещё сто лет, прежде чем химики догадались использовать этот эффект для создания изображения.

Прежде чем говорить о химических основах фотографии, обратим внимание на то, что, для того чтобы закрепить изображение на какой– либо поверхности, его сначала надо на ней сфокусировать. Как сделать так, чтобы изображение было точно отображено на поверхности? Сейчас для этого используют объективы, представляющие собой систему стеклянных линз. Однако первые изображения были получены без объективов и линз с помощью очень простого приспособления, которое называют камера-обскура (рис. 239, 240).

Рис. 239. Камера-обскура (общий вид)

Рис. 240 Камера-обскура (схема)

Вам не составит труда изготовить самим такую камеру, способ её создания вы найдёте в задании в конце этого параграфа.

Рис. 241. С. У. Хартсхорн. Эдгар Аллан По. 1848 г. Дагеротип. Писатель, который страстно увлекался дагеротипами, позировал для этого портрета за год до своей смерти. В 1840 г. он писал: «По правде говоря, дагеротипная пластина воспроизводит несравненно более точно, чем картина, сделанная рукой художника»

В качестве химической основы для фиксации изображения использовали различные материалы, но в конце концов изобретатели остановились на азотнокислом серебре, называемом также ляписом. Первое сообщение о получении изображения на медной пластинке, покрытой серебром, было опубликовано в 1839 г. французским художником, химиком Жаком Дагером (1787–1851), который назвал своё изобретение дагеротипом (рис. 241).

Принцип получения серебряной фотографии заключается в следующем. На какую-либо твёрдую поверхность (стекло, бумагу или пластик) наносят тонкий слой вязкого вещества (долгое время это был желатин), содержащего взвесь кристаллов азотнокислого серебра (AgNO3). После того как на эту поверхность попадает сфокусированное изображение, в фото-чувствительном слое начинают происходить химические изменения. Те кристаллы азотнокислого серебра, которые захватывают фотоны, разлагаются, образуя чистое металлическое серебро. Мелкие частицы серебра имеют чёрный цвет (вспомните чернение ювелирных изделий из серебра). Но эти чёрные частички слишком малы для того, чтобы можно было их увидеть. Поэтому засвеченную пластинку помещают в специальный раствор – проявитель, который усиливает процесс образования металлического серебра и делает чёрные точки видимыми. После этого участки, куда попало много света, будут содержать много чёрных точек и казаться тёмными, а те участки, куда свет не попал, останутся белыми. Затем с помощью специального раствора проводят фиксирование (закрепление), т. е. удаляют оставшееся азотнокислое серебро и получают изображение, которое называют негативным, потому что на нём все освещённые участки будут тёмными, а неосвещённые – светлыми. Для того чтобы получить нормальное, позитивное изображение, процесс надо повторить (в то время, когда такой способ широко использовался, это называлось «печатать фотографии»). Для этого через прозрачный негатив пропускают свет и снова проецируют изображение на светочувствительную поверхность. Тёмные участки становятся светлыми, а светлые – тёмными, и мы получаем позитивное изображение, которое выглядит точно так же, как и естественное.

Фотография произвела переворот во многих областях человеческой деятельности – её использовали везде: от сохранения изображений близких людей до серьёзных научных исследований (рис. 242). Однако вскоре этого показалось мало. Ведь то, что мы видим в реальной жизни, имеет не только размеры и форму, не только светлые и тёмные участки, но и цвет. Требовалось создать такие фотоснимки, на которых изображение было бы цветным. Как это осуществить?

Вспомним, как воспринимает цвета человеческий глаз. Для восприятия цветного изображения в светочувствительной оболочке глаза (сетчатке) имеется три типа клеток-колбочек. Каждый из этих типов чувствителен к определённой длине волны света, которая и определяет ощущение цвета. Одни колбочки реагируют на красный цвет, другие – на синий, третьи – на зелёный. Сочетание этих цветов в определённой пропорции способно вызвать ощущение любого цвета и даже любого цветового оттенка. Этот принцип и положили в основу цветной фотографии.

Рис. 242. Фотографии начала XX в.

Первое цветное изображение получил ещё в 1861 г. Джеймс Максвелл (тот самый, который создал электромагнитную теорию света). Он взял три фотокамеры и установил на каждой из них по одному светофильтру: красный, синий и зелёный. Получившиеся три снимка можно было спроецировать на один участок и таким образом наблюдать цветное изображение.

Рис. 243. Фотограф середины XIX в.

Однако такой метод был громоздок и неудобен, а потому практического применения не получил. Реальная возможность изготавливать цветные снимки появилась после того, как была усовершенствована система сенсибилизаторов. Дело в том, что даже при чёрно-белой фотографии используют сенсибилизаторы – вещества, которые ускоряют процесс превращения азотнокислого серебра в металлическое. До их появления при съёмках приходилось либо держать объектив открытым в течение очень долгого времени, либо использовать очень сильное освещение (либо и то и другое). На заре фотографии фотокамеры обязательно устанавливали на штативы, а фотографируемым людям ставили специальные подпорки для того, чтобы они могли долго стоять неподвижно (рис. 243). С появлением сенсибилизаторов стало возможным снимать быстрее и при более слабом освещении. Сначала это касалось только чёрно-белой фотографии. Однако в начале прошлого века изобрели сенсибилизаторы, каждый из которых был чувствителен либо к красному, либо к синему, либо к зелёному цвету, а в светочувствительный слой плёнки стали добавлять красители трёх видов.

Были предложены и другие усовершенствования. В результате в 1907 г. братья Люмьер (те самые, которые изобрели кинематограф) запатентовали и пустили в продажу цветные фотопластинки. Эти пластинки имели много недостатков (нечёткое изображение, быстрое выцветание и пр.), однако пользовались спросом до 30-х гг., когда были вытеснены более совершенными технологиями изготовления цветных светочувствительных материалов.

В настоящее время фотография, основанная на применении азотнокислого серебра, активно вытесняется цифровой фотографией, для получения которой используются информационные технологии. В основе работы цифрового фотоаппарата лежит светочувствительная матрица, элементами которой являются пиксели, мелкие ячейки, снабжённые линзами и светофильтрами. Пиксели преобразуют улавливаемый свет в электрический сигнал. Такие же матрицы используют в различных видах сканнеров, видео– и телевизионных камерах и пр. Преимущество цифровых фотоаппаратов перед плёночными заключается в том, что полученные снимки не требуют дополнительной обработки, их можно немедленно просматривать, редактировать, отправлять по мобильному телефону или электронной почте.

1. Что называют фотографической памятью?

2. Соли какого металла используют в фотографии?

3. Зачем при печати фотографий использовали процессы проявления и фиксирования? Как вы думаете, что происходило с фотографией, если её не фиксировали?

4. Фотографии с плёнок печатали при красном свете. Объясните, почему требовалось такое освещение.

1. Сделайте своими руками камеру-обскуру. Для этого возьмите небольшую коробку с плотными, не пропускающими свет стенками. Открытую часть коробки заклейте тонкой папиросной или промасленной бумагой, а в противоположной стенке проколите иглой маленькое отверстие. Направьте отверстие на какой-нибудь хорошо освещённый объект. На противоположной стенке, т. е. на тонкой бумаге, вы увидите перевёрнутое, но чёткое изображение этого объекта.

2. Сохранились ли в вашей семье чёрно-белые фотографии, напечатанные с негативных плёнок, или ещё более старые фотографии, сделанные в конце XIX – начале XX в.? Рассмотрите их. Расспросите родителей, кто на них изображён. С разрешения родителей выберите несколько фотографий и вместе с одноклассниками организуйте фотовыставку «Веков связующая нить». Очень осторожно обращайтесь с фотографиями и обязательно верните их домой. Эти фотографии – история вашей семьи.