Цели: Обобщить, систематизировать знания по теме “Геометрическая оптика”, “Химические свойства света”, совершенствовать практические навыки при работе с фототехникой, расширить кругозор учащихся.
Оформление:
- Фотовыставка работ учащихся
- Выставка фотоаппаратов
- Выставка оборудования для фотопечати и обработки фотопленок и фотографий
- Плакаты по геометрической оптики и иллюстрации к выступлениям учащихся.
Подготовка к уроку.
- Формируется выставка фотоаппаратов и фотооборудования
- Готовится выставка фоторабот учащихся
- Приобретаются фотореактивы (это можно сделать в магазине ООО “Неосфера” по адресу: улица Студенческая 26/1, метро Студенческая).
- Инициативная группа из 3-х учащихся готовит сообщения на заданные темы (примерные сообщения предложены ниже)
План урока:
- Историческая справка
- Физические основы фотопечати
- Химические основы фотопечати
- Фронтальная практическая работа: “Получение черно-белой фотографии”.
Ход урока
I. Вступительное слово учителя.
Один греческий философ так определил основной закон всякого искусства: “Искусство не должно противоречить истине, но в тоже время и не должно воссоздавать ее целиком. Искусство призвано отвлекать из действительности лишь характерные черты, отбрасывая все несущественное”.
Сомнений не возникает, когда перед вами, например, живописное полотно, мастерски созданное по замыслу и, подчеркну, исключительно рукой художника. Раз так, то что делать с фотографическим снимком? Открытие явления светочувствительности, развитие и повсеместное распространение фотографии, послужили возникновению многочисленных споров в этой области. Суть этих споров сводилась к одному: можно ли фотографический снимок как продукт действия "бездушных факторов": света, линзы, свойств фотоматериала, химического процесса и т.п. – отнести к произведению искусства, поставить снимок в один ряд с художественным произведением, и насколько способно изготовленное фотоизображение быть продуктом психологической деятельности автора, отражающим личность автора.
Наша задача на сегодня – получить фотоизображение и объяснить результат с точки зрения законов физики.
ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
7 января 1839 г. Академия наук в Париже собралась на очередное заседание. Взявший слово астроном и физик Луи-Франсуа Араго представил собранию новый процесс воспроизведения изображений, получаемых чисто “механическим” путем в приборе, похожем на приспособление, известное как “камера-обскура” (лат. “темная комната”), и с XVI в. использовавшееся художниками в качестве своего рода рисовальной машины.
Фотография вынашивалась двадцать лет с хвостиком, если считать моментом зачатия первые опыты Ньепса, а родами — время, когда у Дагера уже получались дагеротипы.
Дагеротип — рисунок, рождаемый светом... 1839 г. поражал неслыханным открытием и волновал другими, сопутствовавшими новинке и соперничающими с ней происшествиями и явлениями. Однако, хотя сама названная дата точна и может служить удобной и знаменательной точкой отсчета, рождению предшествовал длительный период зачатия и вынашивания плода
Стоило народу узнать про “вечное зеркало, полностью сохраняющее отпечатки”, как он поспешил увлечься новинкой, хотя высокие цены на фотооборудование и препятствовали широкому вхождению новшества в повседневный обиход. Дагеровы изображения, выставлявшие напоказ такие свои качества, как достоверность, четкость и подробность, без труда соблазнили коллективное воображение. Да и само слово “дагеротип” снискало головокружительный успех.
1840-1855 гг. От дагеротипа на коллодии за какие-то 15 лет фотография, пусть и постепенно, мало-помалу, но решительно продвинулась в эпоху тиражирования отпечатков.
Несмотря на существенное сокращение выдержки, что давало возможность запечатлеть, например, пожар в Осуэго, дагеротип был постепенно вытеснен отпечатками на слое коллодия на стекле.
С 1850 г. как в Европе, так и в Соединенных Штатах наблюдался настоящий взлет фотографии, переходившей от стадии ремесленничества к системной, полупромышленной фазе. Этот период отмечен значительным ростом числа портретных фотомастерских, что стало заметным явлением уже к середине 1860-х гг.
Фотографическое предприятие Чарлза Фредрикса, не отставало от моды и перешло с дагеротипов на амбротипы – незадолго до выпуска первой партии фото на визитных карточках: именно мастерская Фредрикса познакомила США с этой новинкой. Карикатурист Надар любил высмеивать новую моду на фотопортреты и умножение числа фотоателье и... вскоре сам открыл фотомастерскую.
Фотоателье занимает важное место в фотографической практике, и главный товар, предлагаемый фотомастерскими, — это, бесспорно, фотопортрет.
Покинув ателье, фотография добралась и до поля боя. Портреты национальных гвардейцев, убитых в бою во времена Парижской коммуны, снимки сражений стали появлятся в периодических изданиях.
Всемирная выставка 1851 г. ознаменовала апогей дагеротипа и калотипа. Следующая состоялась в 1855 г. и продемонстрировала пришествие коллодия. К тому времени фотография уже слыла удобным способом документирования и все шире применялась во все более разнообразных областях человеческой деятельности, будь то промышленность, экспериментальная наука или охрана правопорядка...
Промышленность, охрана правопорядка, здравоохранение, астрономия... Фотография вышла из ателье и, несмотря на всевозможные технические трудности, проникла во все области человеческой деятельности благодаря своей объективности.
Фотографы и художники во Франции и Великобритании понемногу начали объединяться и, входя в одни и те же кружки, постепенно узнавать в фотографии искусство в своем собственном роде и в своем собственном праве.
“По моему мнению, фотографии не следует ломиться в такие области, как промышленность и торговля, – ее место в искусстве. Это единственное подобающее ей место, и я всегда старался продвигаться именно по этому пути”. Человеком, который выступил с таким заявлением в начале 1850-х гг., был не кто иной, как Гюстав Ле Гре, бесспорно, самый пылкий защитник художественного направления фотографии.
Английская художественная фотография – это прежде всего две великие фигуры: Камерон прославился своими портретами; Рейландер известен картинными изображениями аллегорического толка: такова и “Юная Фотография преподносит Живописи еще одну кисточку”.
Журналы, книги с иллюстрациями, издательства, специализированные типографии: в 1840-1880 гг фотография проникает повсюду и укореняется глубоко и повсеместно...
С пришествием отпечатков на бумаге появилась возможность размножения фотоизображений, и интерес к фотографии среди издателей и газетчиков вскоре перерос в деловое стремление воспользоваться новшеством по-настоящему. В книгах и периодических изданиях фотоснимков становилось все больше, особенно с 1850-х гг., вслед за появлением настоящей фотопечати. Стремительное развитие средств сообщения, подъем туризма и международной торговли, совпавшие по времени с успехами фотографии, способствовали ее распространению.
Появление новых технологических приемов привлекало новых сторонников. Изобретение в середине 1850-х гг. объемных фотоизображений – стереоскопческих – обогатило буржуазию новым приятным времяпрепровождением. Потом появились периодические издания с фотоиллюстрациями, одним из них был выходивший в Иокогаме журнал “Фар Ист”: в 1870-1878 гг. в каждом номере этого ежемесячного журнала печаталось 6-8 фотографий.
II. Физические основы фотопечати.
ФОТОГРАФИЧЕСКАЯ ОПТИКА
Важнейшей частью любого фотоаппарата является фотографический объектив. Современный фотографический объектив представляет собой весьма сложную оптическую конструкцию, рассчитанную с учетом всех наших знаний о свете как о физическом явлении.
Зрительное представление об окружающем нас мире мы получаем благодаря глазу — удивительному оптическому прибору, созданному самой природой.
Глаз и фотографический аппарат как оптические приборы сходны между собой и, сравнивая их работу, нетрудно уловить много общего. Рассмотрим условия построения изображений оптической системой глаза и фотоаппарата (рис. 2).
Глаз представляет собой непрозрачное яйцевидное тело, покрытое плотной непрозрачной оболочкой — склерой. На передней стенке глаза имеется выпуклость, защищенная прозрачной роговицей, за которой размещено чечевицеобразное прозрачное тело — хрусталик. Если посмотреть сквозь хрусталик внутрь глазного яблока, хрусталик кажется нам черным, так как лучи света, прошедшие сквозь него, поглощаются внутри глаза и не выходят наружу. Хрусталик окаймлен цветной радужной оболочкой, определяющей цвет глаз. Зрачок глаза обладает способностью сужаться и расширяться в зависимости от интенсивности окружающего освещения.
Объектив фотоаппарата также имеет аналогичное устройство —диафрагму, регулирующее освещенность на поверхности светочувствительного слоя. При съемке на ярком солнце отверстие диафрагмы, как правило, сужают, а при съемке в тени— открывают, чтобы создать на светочувствительном слое необходимую освещенность. В некоторых современных фотоаппаратах сужение и расширение отверстия диафрагмы выполняется автоматически.
В простейшем случае фотографическое изображение может быть получено вообще без объектива. Если взять светонепроницаемую камеру, в передней стенке проделать иголочное отверстие, а у задней стенки поместить светочувствительный слой,, то при съемке такой камерой можно получить, сносные фотографии удаленных объектов. Именно с таких камер и начиналось развитие фотографической техники. Конечно, сквозь крохотное отверстие проникало очень мало света, светочувствительных материалов не было вообще, и изображение зарисовывалось от руки на листе белой бумаги. Такая камера называлась камерой-обскурой
Геометрическая оптика охватывает все вопросы, связанные с построением оптических изображений, изменениями направлений световых лучей.
Вспомним основные законы геометрического построения оптического изображения линзой, или фотообъективом.
Прежде всего нужно исходить из того, что свет в однородной оптической среде, например в воздухе, распространяется прямолинейно. При переходе из менее плотной оптической среды в среду более плотную, например, из воздуха в стекло, луч изменяет свое направление и образует с перпендикуляром к границе двух оптических сред, восставленным в точке падения, угол, меньший, чем луч падающий Это явление называется преломлением света на границе двух оптических сред. И, наоборот, при переходе из среды более плотной в среду менее плотную угол преломления луча света больше, чем угол падения. Законы преломления света на границе двух оптических сред выражаются в следующем:
1) падающий и преломленный лучи находятся в одной плоскости с перпендикуляром в точке падения;
2) отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данной оптической среды, которая не зависит от угла падения и называется коэффициентом преломления, или показателем преломления данной среды;
3) ход лучей в линзе взаимнообратен
Пример построения изображения в тонкой линзе.
Формула линзы. В описанных случаях мы пользовались графическим методом построения изображений линзами, когда известно главное фокусное расстояние линзы и расстояние до объекта. Более точно размеры изображения и расстояния до него в зависимости от расстояния до объекта и фокусного расстояния линзы (объектива) можно получить расчетным путем, если использовать формулу линзы __
где f — главное фокусное расстояние линзы (объектива);
Д— расстояние от линзы (объектива) до объекта съемки;
d — расстояние от линзы (объектива) до фокальной плоскости, в которой объект будет иметь резкое изображение.
Характеристика основных узлов фотоаппарата
Всякий фотоаппарат имеет ряд узлов, предназначенных для выполнения определенной задачи при съемке. Основными узлами фотоаппарата являются: объектив– это система линз, затвор, светонепроницаемая камера, кассетная часть, кадрирующее и фокусирующее устройства.
III.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ФОТОГРАФИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯПолучение фотографического изображения основывается на двух процессах: построении оптического изображения на поверхности светочувствительного слоя и его регистрации в этом слое.
При изучении фотографического процесса необходимо представлять устройство фотографического материала и знать основы физических и химических превращений, происходящих в нем на разных стадиях получения фотографического изображения.
Современный фотоматериал состоит из нескольких слоев. Основным из них является эмульсионный 1 (таких слоев может быть несколько), содержащий светочувствительное вещество, главным образом галогениды серебра (его бромистые, хлористые и йодистые соли), распределенные в желатине. Суммарная толщина эмульсионных слоев черно-белых фотоматериалов' общего назначения составляет в среднем от 5 до 25 мкм. Эмульсионные слои наносятся на основу (подложку)2, в качестве которой в зависимости от типа и назначения фотоматериала применяется гибкая пленка, стекло или бумага
Между светочувствительным эмульсионным слоем и подложкой наносят желатиновый подслой 3 для увеличения прочности соединения эмульсии с подложкой. В фотографических бумагах этот слой содержит сернокислый барий, обеспечивающий высокую белизну подложки.
Снаружи на эмульсию наносят защитный слой 4 из сильно задубленной желатины, предохраняющий эмульсию от механических повреждений.
С обратной стороны пленочной подложки наносят желатиновый или лаковый противослой 5, препятствующий ее скручиванию.
В результате воздействия света на фотографический эмульсионный слой, вначале образуется невидимое, скрытое изображение, которое затем при проявлении превращается в видимое. Возникновение скрытого изображения связано с фотохимическими реакциями, т. е. реакциями, протекающими под действием света. Такой фотохимической реакцией является фотолиз — разложение вещества (в данном случае галогенида серебра), происходящее при поглощении световой энергии.
Проявление. Частицы скрытого изображения невидимы, так как очень малы. В современном фотографическом процессе вслед за экспонированием следует проявление, с помощью которого скрытое изображение переводится в видимое за счет огромного увеличения частиц металлического серебра.
В состав проявителя входит проявляющее вещество, являющееся в химическом отношении восстановителем, способным отдавать электроны другому веществу— в данном случае ионам серебра микрокристаллов. Схематически процесс проявления выглядит так. Электроны от проявляющего вещества поступают к центрам проявления, от которых начинается процесс проявления. Реакция восстановления ионов серебра схематически записывается следующим образом:
Ag+ + Red(ион восстановителя)----> Ag + окисленная форма проявляющего вещества.
В результате проявления микрокристаллы галогенида серебра, содержавшие центры проявления, превращаются в комочки серебра, имеющие нитевидную структуру. Проявление начинается с поверхности желатинового эмульсионного слоя и постепенно по мере проникания (диффузии) проявителя распространяется на всю глубину слоя
Проявленное металлическое серебро находится в слое в виде рыхлых зерен и обычно на просвет и на отражение бывает нейтрально-серым.
Скорость реакции проявления прямо пропорциональна как концентрации ионов Ag+ и Red- у поверхности микрокристаллов, где происходит восстановление ионов серебра, так и скорости проникания (диффузии) проявляющего вещества в глубину слоя, а продуктов реакции — из слоя в раствор.
Существует два основных типа проявления: физическое и химическое. При физическом проявлении на центрах проявления отлагается серебро, восстанавливаемое из его ионов, находящихся в растворе. Для этого физический проявитель, кроме проявляющего вещества, содержит источник ионов Ag+, чаще всего — азотнокислое серебро. Ионы серебра, содержащиеся в микрокристаллах галогенида серебра, при этом не расходуются. Поэтому фиксирование (см. ниже) при этом типе проявления может проводиться не только после проявления, но и до него. Физическое проявление требует в несколько раз большей экспозиции для достижения того же (в сравнении с химическим) уровня почернения, не дает значительных почернений, повышает вуаль. Однако получаемые при этом изображения отличаются чрезвычайно тонкой структурой серебра (“мелкое зерно”).
Основным типом проявления, используемом в современной фотографии, является химическое. При этом типе проявления построение фотографического изображения происходит за счет ионов серебра микрокристаллов, восстанавливаемых до металлического серебра, отлагающегося на центрах проявления.
Химическое проявление проводят в растворе проявляющего вещества. Для обеспечения требуемых условий протекания реакции проявления в раствор, помимо проявляющего, добавляют также ускоряющие, защитные (сохраняющие или консервирующие), противовуалирующие вещества • и добавочные компоненты. В качестве растворителя чаще всего используют воду*.
Проявляющие вещества. Способностью избирательно восстанавливать галогенид серебра обладают многие как неорганические, так и органические вещества. В настоящее время наибольшее практическое распространение имеют органические проявляющие вещества, принадлежащие главным образом к классу бензолов. Проявляющее действие этих веществ связано с присутствием в составе их молекул активных групп (ОН — гидроксильная группа и NH2— аминогруппа), способных отдавать электроны, образуя при этом положительно заряженные водородные ионы Н+.
Фиксирование. Эмульсионный слой фотоматериала после проявления содержит в среднем около 60—80% неиспользованного галогенида серебра, сохраняющего светочувствительность. Поэтому после проявления необходимо удалить из слоя остаток галогенида серебра. Эта задача решается путем фиксирования.
Для фиксирования применяется водный раствор тиосульфата натрия, называемый фиксирующим раствором, или просто фиксажем. Реакция фиксирования проходит в две стадии. Вначале образуется плохо растворимая соль серебра:
Затем реакция продолжается до получения растворимой в воде соли серебра:
Характер протекания реакции фиксирования можно изменить, вводя в фиксирующие растворы вспомогательные вещества.
Завершающими стадиями получения фотографического изображения, следующими за фиксированием, являются: окончательная промывка, проводимая для полного удаления из фотографического слоя всех растворимых продуктов реакции, и высушивание фотоматериала. Фотографический слой после фиксирования и окончательной промывки содержит распределенное в желатине металлическое серебро.
Фотография на солях серебра является самым старым из них. Она в настоящее время наиболее разработана аппаратурно и технологически, обеспечивает наивысшую светочувствительность регистрирующего слоя и по многим показателям — качество получаемого изображения и в связи с этим наиболее универсальна и имеет самое широкое распространение.
IV. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА.
В ходе практической работы рекомендую:
- рассмотреть разные виды фотоаппаратов и объектив (система линз и диафрагма) и сравнить их со строением глаза
- рассмотреть фотоувеличитель и обратить внимание на принцип его работы
- рассмотреть негативы снимков и обратить внимание на то,что в процессе фотопечати мы получаем позитивный результат;
- получить фотографии с различной степенью увеличения;
- в процессе фотопечати недодержать / передержать освещение фотобумаги через негатив
- недодержать / передержать снимок в проявителе
- недодержать / передержать снимок в фиксаже.
Заключение.
В настоящее время фотография стала доступна всем, особенно в век компьютеризации и возможности получения цифровой фотографии. Но ничто не сравниться с таинством получения фотографии самостоятельно, творить и подчинять себе обстоятельства.