МИНОБРНАУКИ РОССИИ

     Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

     «Волгоградский  государственный  педагогический университет» 

     Факультет технологии и сервиса

     Кафедра ОТД 
 
 

     Отчетная  работа

     по  истории науки и техники:

     разработка  учебного элемента № 22 
 

     на  тему: Создание и развитие светотехники и фотографии 
 
 
 
 
 
 

    Выполнил: студент

                                                    ФТС группы  Т-___

 Проверил: доц. каф. ОТД

         Кисляков В.В. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Волгоград 2011 г.

Учебный элемент № 22

Тема: Создание и развитие светотехники и фотографии

Содержание:

• Роль света в области фотографии.
• История создания фотографии
• История появления цветной фотографии

Цель: Изучив данный учебный элемент Вы сможете:

• узнать об истории возникновения фотографии и светотехники;
• узнать принцип создания фотографии;
• узнать о химических процессах, возникающих при создании фотографии;
• узнать о значении фотографии и светотехники в нашей жизни.

Материально-методическое обеспечение и  средства обучения:

• глоссарий основных понятий и терминов…………………..….  2 стр.
• краткие сведения из теории……………………………………... 4 стр.
• задания для самопроверки……………………………………….. 17 стр.
• рекомендуемая и дополнительная литература………………….. 21 стр.

Глоссарий:

    Фотография – (фр. photographie от др.-греч. φως / φωτος — свет и γραφω — пишу; светопись — техника рисования светом) — получение и сохранение статичного изображения на светочувствительном  материале (фотоплёнке или фотографической матрице) при помощи фотокамеры.

    Негатив – (от лат. negativus — отрицательный), в черно-белой фотографии и кинематографии образованное зёрнами металлического серебра изображение объекта съёмки, в котором почернения фотографические обратны яркостям деталей объекта: чем ярче деталь, тем большим почернением она воспроизведена; в цветной — изображение объекта съёмки, образованное красителями, цвета которых дополнительны к цветам его деталей: жёлтые — к синим, пурпурные — к зелёным, голубые — к красным и т.д

    Дагеротипия – (дагерротипия) — фотографический процесс, способ непосредственного получения при съёмке позитивного изображения.

    Калотипия -  (греч. καλός — красивый, τύπος — отпечаток) способ получения негативного изображения на бумаге, пропитанной светочувствительным раствором, которое использовалось впоследствии для изготовления позитивных бумажных отпечатков.

    Камера-обскура - (лат. camera obscūra — «тёмная комната») — простейший вид устройства, позволяющего получать оптическое изображение объектов. Представляет собой светонепроницаемый ящик с отверстием в одной из стенок и экраном (матовым стеклом или тонкой белой бумагой) на противоположной стенке.

    Лучи  света, проходя сквозь отверстие  диаметром приблизительно 0,5-5 мм, создают перевёрнутоеизображение на экране. На основе камеры-обскуры были сделаны некоторые фотокамеры.

    Гелиографией - непосредственное получение фотографическим путем изображений на литографском камне, стальных пластинках и пр., с которых можно затем делать оттиски.

    Коллодия - (от греч. kollodes — клейкий, вязкий), спиртово-эфирный раствор нитроцеллюлозы, бесцветная прозрачная или слегка желтоватая жидкость с запахом эфира, застывает, образуя тонкую прочную пленку.

    Гидротипия - (от др.-греч. ὕδωρ — вода и τύπος — отпечаток) — фотографический процесс, субтрактивный метод цветной фотографии, использующий в качестве основного способа получения конечного изображения печать водорастворимыми красителями с желатиновых задубленных рельефов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Роль света в области фотографии. 
    
   

 
       Исследование излучения и поглощения света, позволило, в свое время, сделать ряд важных открытий. Сама же световая частица была названа квантом света или фотоном. 
       Химические свойства света были заложены в основу при создании фотографии. 
       Само слово “фотография” - рисование светом, светопись, имеет греческое происхождение (“фото” – свет, “графо” – рисую, пишу). Изобретение фотографии само по себе не является открытием одного человека, очень многие выдающиеся ученые и творцы истории имеют к ней непосредственное отношение. 
       Если углубиться в историю, то предпосылки к изобретению берут свое начало в IV веке до нашей эры и отображены в трудах древнегреческого мыслителя Аристотеля. Это камера-обскура. Уже в те отдаленные времена, было замечено, что луч солнца, проникая сквозь небольшое отверстие в темное помещение, оставляет на плоскости световой рисунок предметов внешнего мира. Предметы изображаются в точных пропорциях и цветах, но, по сравнению с натурой, в уменьшенных размерах и в перевернутом виде. Далее выдающийся итальянский ученый и художник эпохи Возрождения Леонардо да Винчи описал принцип работы камеры-обскура (рис. 1) в своих трудах. 
 

 
Рис. 1 Камера-обскура 

    К середине VIII века камера-обскура значительно  модернизировалась, и редставляла  из себя ящик с двояковыпуклой линзой в передней стенке и полупрозрачной бумагой или матовым стеклом  в задней стенке. Она использовалась в качестве прибора для механической зарисовки предметов внешнего мира. Для этого достаточно было с помощью  зеркала, поставить прямо перевернутое изображение и обвести карандашом на бумаге. 
        В России такое устройство успешно использовалось, с помощью камеры-обскура были документально запечатлены виды Кронштадта, Петербурга, Петергофа других русских городов. В то время она носила название “махина для снимания першпектив”, и была изготовлена в виде походной палатки. Таким образом труд художников был упрощен и появилась “Фотография до фотографии”. Сложилось так, что именно в XVIII веке химия как наука достигла достаточного развития. А ученые ломали головы над тем, чтобы полностью механизировать процесс рисования, научившись не только фокусировать “световой рисунок” в камере-обскуре, но и надежно закреплять его на плоскости химическим путем.

2. История создания фотографии

Дагерротипия

    Первая  попытка получить изображение с помощью камеры-обскуры была предпринята в Англии в 1802 году Гемфри Дэви и Томасом Веджвудом, которые экспонировали в камере обычную бумагу, пропитанную раствором азотнокислого серебра и поваренной соли. С помощью такой бумаги, между волокнами которой образовывался в результате пропитки хлорид серебра, можно было получить изображение различных фигур. Правда, вскоре эксперименты были прекращены, так как экспонирование длилось часами, а изображение получалось малоконтрастным и при рассмотрении на свету полностью исчезало.

    Несколько позже во Франции по разработке методов  получения изображения на светочувствительных  веществах начал свои исследования Жозеф Нисефор Ньепс. Изучая различные  светочувствительные вещества, он обнаружил, что если чистый кристаллический  йод подвергнуть возгонке, а затем  пары его сублимировать на серебряную пластинку, то такая пластинка становится светочувствительной.

    Ж.Н. Ньепс в то время не мог понять, что в этом случае образуется светочувствительное  йодистое серебро. Учитывая то обстоятельство, что изображение получалось при  экспонировании в камере-обскуре  крайне вялым (слабо контрастным), Ж.Н. Ньепс пришел к заключению, что  йод непригоден для получения  изображении окружающих нас предметов.

    Это побудило Ж.Н. Ньепса направить свои усилия по другому пути на исследования асфальта-смолы природного органического  происхождения, который обладал  хорошей растворимостью в некоторых  растительных маслах, например, в лавандовом масле. Светочувствительный асфальт  наносился тонким слоем на цинковую или оловянную пластину, которая  затем экспонировалась в камере-обскуре  с очковой линзой. При действии света асфальт терял растворимость  и становился твердым. В лавандовом масле происходило растворение  асфальта только в участках, где  не действовал свет. Затем после  обработки в лавандовом масле  цинковая пластина травилась азотной  кислотой на определенную глубину и  после этого остатки затвердевшей смолы удалялись с ее поверхности.

    Полученные  на пластине углубления заполнялись  типографской краской с помощью  валика. Прикладывая сверху лист бумаги, можно было получить одноцветное  позитивное изображение. Несмотря на очень  низкую светочувствительность асфальта (выдержка на прямом солнечном свете  достигала 6-8 часов), Ж.Н. Ньепс считал, что предложенный процесс может  быть с успехом применен для изготовления типографских клише картин, рисунков, чертежей. В 1825 году он опубликовал  свое открытие, назвав его гелиографией. Однако предложенный процесс как  чисто фотографический метод  широкого развития не получил. Итак, Ж.Н. Ньепс был первым, кто получил  фотографическое изображение на светочувствительном веществе с  помощью камеры-обскуры.

    В то же самое время в Париже художник-декоратор  Луи Жак Манде Дагерр изобрел  так называемую диораму. Диорама  представляла собой ряд картин на длинной ленте холста, очень больших  размеров, закрепленного на двух вертикальных валах. Перематывая эту ленту  с одного вала на другой, Л.Ж. Дагерр демонстрировал свои пейзажи зрителям: "Дремучий лес в разные часы дня", "Извержения Везувия" и др., применяя при этом разные приемы освещения. Это  было любимое зрелище парижан.

    За  короткий период времени диорама  несколько раз горела, и Л.Ж. Дагерр потратил много усилий на ее восстановление. Одновременно он продолжал искать способ, позволяющий быстрее рисовать такие  большие полотна. Посетив однажды  в Париже оптическую мастерскую знаменитого  оптика В. Шевалье, Дагерр узнал от него об экспериментах Ж.П. Ньепса по изысканию  светочувствительных веществ, позволяющих  регистрировать всякого рода изображения. В 1827 году Дагерр и Ньепс заключили  договор о совместном сотрудничестве. Вскоре, в 1833 году, Ньепс умер, и Дагерр по условиям договора унаследовал оборудование и все дневники экспериментов.

    Повторяя  опыты Ж.Н. Ньепса по возгонке йода на серебряную пластину, при случайных  обстоятельствах Дагерр получил  отчетливое и хорошо видимое позитивное изображение объекта съемки.7 января 1839 года секретарь Парижской академии наук, физик и астроном Доминик  Франсуа Араго доложил об успехах  художника Л.Ж. Дагерра, получившего  с помощью светового луча прочное  изображение на серебряной пластине в камере-обскуре.

    30 июля 1839 года великий химик Гей-Люссак  убедил пэров в том, что изобретение  имеет будущее, и Французская  палата депутатов одобрила закон  о приобретении его в собственность  государства и назначила пожизненную  пенсию не только Дагерру в  сумме 6000 франков в год, но  и наследнику Ньепса сыну Исидору  Ньепсу в сумме 4000 франков.  В августе 1839 году способ был  обнародован и назван дагерротипией. Это выдающееся изобретение легло в основу всего последующего развития фотографии.

    Существо  процесса заключается в том, что  медная пластина, покрытая тонким слоем  серебра, тщательно отполированная до зеркального блеска, помещается в специальный ящик, полированной стороной вниз. Снизу ящика под  пластиной помещается чашка с  кристаллическим йодом. При подогреве  йод начинает возгоняться и пары его сублимируются на полированной серебряной пластине. Йод вступает в реакцию с серебром, и пластина покрывается тонким слоем йодистого  серебра, становясь светочувствительной. Такая чувствительная пластина экспонировалась  в камере-обскуре с очковой  линзой. После экспонирования пластину помещали в тот же ящик, но теперь в чашку вместо йода наливали ртуть. При подогревании она испарялась, в пары ее оседали на поверхности  экспонированной пластинки только в тех местах, где подействовал свет, давая при этом отчетливое позитивное изображение объекта.

    Заслуга Л.Ж. Дагерра состояла в том, что  он впервые нашел способ превращения  скрытого/изображения в видимое. Суть этого явления, которое сам  Л.Ж. Дагерр не смог объяснить, заключалась  в том, что йодистое серебро под  действием света разлагалось  с выделением мельчайших частиц металлического серебра, на которых концентрировались  пары ртути. Проявленная в парах  ртути пластинка затем обрабатывалась в течение нескольких часов в  растворе поваренной соли для удаления йодистого серебра, оставшегося  в участках, где не действовал свет. Позже удалось существенно сократить  процесс удаления неэкспонированного йодистого серебра за счет использования  тиосульфата натрия, который был  предложен еще в 1839 году астрономом Д. Гершелем. Л.Ж. Дагерр рекомендовал разработанный  им процесс в основном для получения  портретов.

    При портретной съемке выдержки достигали  на ярком солнечном освещении 15 мин, из-за низкой светочувствительности  йодистого серебра. Это было большим  неудобством. Для преодоления этих трудностей интенсивно проводились  работы в двух направлениях по усовершенствованию процесса дагерротипии, а именно, как  по пути повышения яркости оптического  изображения, даваемого камерой-обскурой, так и по пути увеличения светочувствительности  фотопластинок. Появилась потребность  в разработке светосильных оптических систем, лишенных аберраций, так называемых ахроматических линзах, которые клеились из двух стекол, так как простое  увеличение светосилы линзы в  камере-обскуре существенно ухудшало качество изображения из-за аберраций, присущих оптическим системам.

    С другой стороны, для повышения светочувствительности  полированной серебряной пластинки  чуть позже стали применять не чистый йод, а смесь йода с небольшим  количеством брома, что способствовало повышению свето-чувствительности в несколько раз.

    Все эти мероприятия привели к  тому, что уже в 1841 году выдержки сократились с 15 мин до 3 мин, а  дагерротипия, как дешевый и быстрый  способ получения портретов, получила повсеместное распространение, несмотря на то, что ей присущи были следующие  недостатки: изображение было видно  только при рассмотрении под определенным углом; для получения изображения  нужна была дорогая серебряная пластина; невозможность моментальной съемки из-за малой светочувствительности; пары ртути, которая использовалась для визуализации изображения, очень  ядовиты; изображение малоустойчиво, так как амальгама постепенно разлагалась с выделением ртути; изображение на пластинке получалось в одном экземпляре и было зеркально-обращенным.

    Последующая замена дорогих серебряных пластинок  на стеклянные с нанесенным на них  тонким слоем из металлического серебра  еще более удешевила этот процесс  и это способствовало тому, что  он просуществовал до 1852-1853 гг.

Тальботипия

    Почти одновременно с Ж.Н. Ньепсом и  совершенно независимо от него в Англии над методами получения фотоизображения  работал видный ученый того времени  Вильям Генри Фокс Тальбот. В своей  работе он исходил из способа, предложенного  в 1802 году Г. Дэви и Т. Веджвудом, купавших бумагу в растворе азотнокислого  серебра, а затем в растворе поваренной соли и сумевших получить видимое  изображение предметов, положенных на светочувствительную бумагу. Фокс Тальбот нашел, что изменение  последовательности купания бумаги в указанных выше растворах существенно  повышает светочувствительность. Если Г. Дэви и Т. Веджвуд не смогли найти  способа закрепления полученного  на бумаге изображения, которое при  рассматривании под действием света  исчезало, то Фокс Тальбот впервые  предложил обрабатывать пропитанную  бумагу после длительного экспонирования в растворе поваренной соли для удаления оставшегося хлористого серебра. Это  мероприятие позволило "закреплять" полученное изображение на бумаге и  делать его устойчивым по отношению  к дальнейшему воздействию света. Разработанный Фоксом Тальботом 20 августа 1835 года процесс получил название калотипия.

    Однако  Фокс Тальбот, будучи крупным ученым, занимаясь широким кругом вопросов, не придал большого значения разработанному способу и не занимался его  совершенствованием. Издание в 1839 году Л.Ж. Дагерром своей работы и широкое  распространение дагерротипии заставило  Фокса Тальбота вернуться к исследованиям  в этом направлении. Он решил улучшить свой процесс, учитывая при этом и  недостатки, присущие дагерротипии. В 1842-1843 гг. Фокс Тальбот разработал новый  фотографический процесс, впоследствии названный тальботипией, который во многом предопределил дальнейшее развитие фотографии.

    Сущность  процесса, предложенного Фоксом Тальботом, заключалась в том, что обычная  бумага купалась в растворе йодистого  калия, а затем в растворе азотнокислого  серебра. Светочувствительность такой  бумаги во много раз выше, чем  пластинок Л.Ж. Дагерра, а выдержка при съемке сокращалась до одной  минуты. После экспонирования бумаги в камере-обскуре получалось слабое видимое негативное изображение  снимаемого предмета, которое существенно  усиливалось обработкой в растворе галловой кислоты. Негатив после  полного цикла химико-фотографической  обработки погружался в расплавленный  воск, что делало его почти прозрачным и давало возможность вести печать на такую же бумагу.

    Таким образом, благодаря открытию Фокса  Тальбота впервые можно было осуществить  получение нескольких позитивных копий  с одного негатива. Кроме того, Фокс Тальбот создал так называемый "волшебный  фонарь" - прообраз современного увеличителя, и применил его для получения  увеличенного позитивного изображения.

    Заслуга Фокса Тальбота заключалась в  том, что он впервые открыл и применил на практике процесс проявления скрытого изображения, разделил фотографический  процесс на две стадии - негативную и позитивную, что дало возможность  получения нескольких позитивных изображений  с одного негатива с помощью контактной или оптической печати.

    Как было образно сказано в юбилейной  статье "Русского фотографического журнала" по случаю пятидесятилетия "светописи", способ Фокса Тальбота победил потому, что он содержал в себе "здоровое зерно", из которого разрослось роскошное дерево с многочисленными  ветвями - современная фотография.

    Тальботипия по сравнению с дагерротипией  несомненно явилась более совершенным  техническим методом, так как  она обладала рядом прогрессивных  черт, открывших перспективу дальнейшего  развития фотографии. Тем не менее, вследствие широкого распространения дагерротипии, процесс, предложенный Фоксом Тальботом, так и не смог ее вытеснить.

Мокрый  коллодионный процесс

    В 1852 году дагерротипия и тальботипия  были полностью заменены новым методом, более совершенным, который стал следующим шагом в развитии фотографии, получившим название мокрый коллодионный процесс, предложенный в 1851 году англичанином Фредериком Скоттом Арчером. Применение этого процесса существенно повысило светочувствительность и позволило получить изображение исключительно высокого качества, особенно по резкости. Это обстоятельство привело к тому, что мокрый коллодионный процесс применяется и по настоящее время в некоторых специальных областях (полиграфия, изготовление шкал и сеток и т.д.).

    Предложенный  Ф.С. Арчером способ, основан на применении коллодия - раствора коллоксилина, особого  сорта нитроклетчатки в смеси  спирта и эфира, густой и быстросохнущей жидкости. На стеклянную пластинку  поливают слой свежеприготовленного коллодия, который теряет текучесть после  испарения эфира. До тех пор, пока в слое сохраняется спирт, он остается влажным и проницаемым для  воды и различных водных растворов. Такая высохшая пластинка купается сначала в растворе йодистого  калия, а затем в растворе азотнокислого  серебра. При этом в слое коллодия образуются мельчайшие кристаллы йодистого  серебра. В таком виде мокрая пластинка  экспонируется и проявляется  в проявителе, содержащем соли сернокислого закисного железа или пирогаллол.

    К преимуществам мокрого коллодионного  процесса следует отнести: высокую  чувствительность (выдержка при съемке сократилась до долей секунды); использование  стеклянной подложки существенно облегчило  печать с негатива; хорошее качество негативного изображения; дешевизну.

    Однако  данный метод обладал и недостатками: изготовление пластинок необходимо было производить непосредственно  перед съемкой; съемку и химико-фотографическую  обработку проводили на еще не высохшей пластинке; быстрое высыхание  слоя приводило к его непроницаемости.

    Наряду  с мокрым коллодионным процессом  был предложен "сухой коллодионовый  процесс", который отличался от первого тем, что в слой коллоддия  вводились гигроскопические вещества - соли лития, магния, которые в силу своей гигроскопичности создавали возможность проникновения влаги в высохший слой коллодия. Сухой коллодионный процесс устранил некоторые недостатки мокрого коллодионного способа, но несколько уменьшил светочувствительность слоя и резкость изображения. Мокрый коллодионный способ вытеснил все предшествующие ему методы получения фотографического изображения и просуществовал почти 20 лет до 1871 года.

Сухие бромсеребряные желатиновые  слои

    В 1871 году английский врач Ричард Лич  Мэддокс впервые предложил для  приготовления "светочувствительной  жидкости" использовать желатин-белок  животного происхождения, получаемый из костей и кожи крупного рогатого скота, который хорошо набухает в  холодной воде и становится проницаемым  для водных растворов. При нагревании он плавится, а при охлаждении опять  студенится. При сушке в мягком режиме получается пленка, хорошо набухающая в воде.

    Р. Меддокс неожиданно обнаружил, что  если в подогретый желатиновый раствор  вначале ввести азотнокислое серебро, а затем добавить бромистый или  йодистый калий, то приготовленная таким  образом "светочувствительная жидкость", получившая в фототехнологии не совсем правильное название "фотографическая  эмульсия", обладает светочувствительностью во много раз выше, чем известные  до сих пор светочувствительные  системы. Причем, если раствор желатина с образовавшимися в нем микрокристаллами галогенида серебра выдержать некоторое  время при повышенной температуре, то светочувствительность эмульсии возрастает в сотни и тысячи раз. Это случайно обнаруженное свойство желатина привело к тому, что с  момента открытия до настоящего времени  все фотографические эмульсии приготавливаются в основном на желатине. Применение желатина стало крупным шагом  в дальнейшем развитии фотографии и  создало широкие предпосылки  для промышленного изготовления фотоматериалов.

    Еще одним важным шагом вперед, открывшим  новые возможности в фотографии, было изобретение немецкого химика Германа Вильгельма Фогеля, который  в 1873 г. обнаружил, что введение в  галогенсеребряную эмульсию некоторых  красителей вызывало расширение светочувствительности  галогенидов серебра от сине-фиолетовой к длинноволновой части видимого излучения. Это явление получило название оптическая или спектральная сенсибилизация и обеспечило прогресс в цветной фотографии.

    Параллельно с усовершенствованием фотографических  эмульсий велись работы и по изысканию  новых подложек для светочувствительных  эмульсионных слоев. До 80-х гг. прошлого столетия все негативные материалы  готовились только на стеклянной подложке, что создавало в свою очередь  большие трудности, в особенности  при использовании фотографии в  полевых условиях.

3. История появления цветной  фотографии

    История цветной фотографии связана с  реализацией 2 методов цветовоспроизведения. Первый метод получил название прямого (объективного). В нём при формировании изображения стремятся обеспечить условия, непосредственно воспроизводящие  цвета окружающих нас объектов. Используя  явление интерференции, французы Э. Беккерель и А. Ньепс де Сент-Виктор получили качественное изображение  спектра на полированной серебряной пластине, обработанной хлористым серебром. Однако изображение было нестойким  и сохранялось только в темноте. Интерференционный метод был  обобщён Г. Липпманом, который изготовил  цветные фотографии в 1891 году.

    Первое  в мире цветное изображение на основе фотографического метода получил  английский физик Джеймс Клерк Максвелл 17 мая 1861 году, он продемонстрировал  возможность получения цветного изображения путем одновременного совмещенного проецирования красного, синего и зеленого диапозитивов. Это  событие сейчас считается отправной  точкой в истории цветной фотографии. Галогенсеребряные фотоэмульсионные слои в то время обладали чувствительностью  только к коротковолновой части  видимого спектра, и развитие цветной  фотографии было невозможно, если бы не случайное открытие в 1873 году профессором  Берлинского университета Германом Фогелем спектральной сенсибилизации. Благодаря научной оценке неожиданного эффекта, полученного при добавлении в галогенсеребряную эмульсию, чувствительную к синим, фиолетовым и ультрафиолетовым лучам, некоторых красителей, Г. Фогель открыл новую и очень важную страницу в истории цветной фотографии.