Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
Нобелевская премия по физике 1908 |
|
|
Габриэль Липпман (1845-1921) За создание метода фотографического воспроизведения цветов на основе явления интерференции |
Французский физик Габриель Ионас Липман родился в Холлерихе (Люксембург). До тринадцати лет он учился дома, а после переезда родителей в Париж поступил в лицей Наполеона. В 1868 г. Липман стал студентом Эколь нормаль сюперьер. Составление рефератов немецких статей для французского журнала «Анналы химии и физики» ("Annales de Chimie et de Physique") пробудило в нем интерес к исследованиям электричества.
Во время финансируемой правительством командировки в Германию (1873) для изучения методов преподавания естественных наук Липман работал в Гейдельбергском университете с физиологом Вильгельмом Кюне и физиком Густавом Кирхгофом, а затем в Берлине с физиологом и физиком Германом фон Гельмгольцем. Кюне показал Липману опыт, в котором капля ртути, покрытая серной кислотой, деформировалась при легком прикосновении железной проволочки. Липман пришел к выводу, что металлы и серная кислота образуют электрическую батарею, напряжение которой изменяет форму поверхности ртути. Эта счастливая догадка позволила ему создать капиллярный электрометр (или вольтметр) – наклонную капиллярную стеклянную трубку, в которой поверх ртутного столбика располагается серная кислота. Индуцируемые электричеством изменения в искривленной поверхности ртути вынуждают ртутный столбик двигаться в капилляре, и эти перемещения позволяют измерять разности электрического потенциала до 0,001 вольта.
По возвращении в Париж для завершения образования Липман провел исследования электрокапиллярности, влияния электрических полей на поверхностное натяжение жидкостей, а в 1875 г. защитил в Сорбонне диссертацию на соискание степени доктора наук. В 1878 г. он стал сотрудником факультета естественных наук Парижского университета, а в 1883 г. был назначен профессором математической физики. С 1886 г. Липман стал руководителем научно-исследовательской лаборатории, сотрудником которой оставался до конца своей жизни.
Липман провел исследование эффекта образования электричества под действием механической деформации ртутной поверхности. Он представлял собой явление, обратное тому, на котором основано действие капиллярного электрометра. Эта работа помогла Липману сформулировать общую теорему, которую он опубликовал в 1881 г. Эта теорема утверждает, что, зная о существовании некоторого физического явления, мы можем предсказать существование и величину обратного эффекта. Липман применил свою теорему к явлению пьезоэлектричества – возникновение электрических зарядов при сжатии или растяжении некоторых кристаллов, например кварца. Так как механические силы, порождая заряды, изменяют размеры кристалла (изменение размеров приводит к возникновению напряжения), Липман предсказал, что если к кристаллу приложить напряжение, то это вызовет изменение его размеров. Пьер Кюри и его брат Жак подтвердили предположение Липмана экспериментально.
Обратный пьезоэлектрический эффект ныне широко используется в науке и технике. Приложенное к пьезоэлектрическим кристаллам переменное напряжение вынуждает их совершать колебания и излучать звуковые волны, что находит применение в сонарах (устройствах для обнаружения подводных лодок), различных ультразвуковых устройствах, используемых для очистки поверхностей, дистанционного контроля и в зубоврачебных сверлах.
В 1879 г. Липман высказал предположение о том, что электрические заряды увеличивают инерцию тела – его сопротивление изменению скорости. Возможно, что на эту мысль его натолкнули наблюдения Майкла Фарадея (1838) и эксперименты Г.А. Роуленда (1876), показавшие, что движущийся заряд эквивалентен электрическому току и создает магнитное поле. Но Липман нигде не ссылался на экспериментальное подтверждение своей гипотезы и не занимался ее дальнейшим развитием.
В 1891 г. Липман продемонстрировал метод получения невыцветающих цветных фотографий. Процесс, позволяющий получать цветные фотографии, был предложен в 1848 г. французским физиком Эдмоном Беккерелем. В нем использовалась серебряная пластинка, покрытая слоем хлорида серебра, но фотографии быстро выцветали, а сам Беккерель не мог дать объяснения образованию цветного изображения. Через 20 лет немецкий физик Вильгельм Ценкер объяснил возникновение цвета на фотографиях Беккереля явлением интерференции. Теория Ценкера получила дальнейшее развитие в работах английского физика Дж. У. Стретта и была подтверждена экспериментально в 1890 г. немецким физиком Отто Винером.
Интерференция есть не что иное, как комбинирование различных световых волн, приходящих одновременно в одну и ту же точку. Свет представляет собой электрическое и магнитное поля, напряженность которых периодически возрастает, убывает и изменяет знак вдоль осей, перпендикулярных друг другу и направлению распространения света. Поэтому световые волны могут усиливать или ослаблять друг друга в зависимости от того, направлены ли их поля в одну и ту же сторону или в противоположные. Если световые волны имеют одинаковую длину (и соответствующую ей частоту), то возникает интерференционная картина – кольца или полосы. Яркие пятна на ней соответствуют приходу волн, находящихся в фазе (в одной и той же точке полного цикла изменения), темные – приходу волн в противофазе (в диаметрально противоположных точках цикла). Расстояния между пятнами на интерференционной картине зависят от длины волны. Волны с различной длиной волны, интерферируя, создают картины, которые смещаются относительно друг друга непрерывно, в результате чего общая картина оказывается смазанной.
На фотопластинках Беккереля, как объяснил Ценкер, падающий свет интерферирует со светом волны той же длины, отраженным от серебряной пластинки, что порождает картину из ярких слоев, расположенных через полуволновые интервалы и разделенных темными слоями. Так как длина волны соответствует цвету, воспринимаемому глазом, различные цвета создают интерференционные картины на различной глубине и в различных местах на пластинке, где они возникают при падающем свете. Световая энергия, накопленная в каждой точке пленки за время экспозиции, определяет число зерен металлического серебра, которые образуются из хлорида серебра при последующем проявлении пластинки. Эти металлические зерна становятся копиями интерференционных картин для различных цветов в виде потемневших слоев, расположенных на различной глубине и с различным боковым смещением.
При рассматривании такой фотографии в обычном свете, т.е. в смеси всех цветов, свет отражается и от слоев зерен металлического серебра, и от самой серебряной пластинки. Световые волны, отраженные от слоев различной глубины, усиливаются в результате интерференции только при вполне определенной длине волны (цвете), соответствующей расстояниям между слоями, и таким образом воспроизводят цвета сфотографированного объекта.
Когда Липман изобрел свой способ цветной фотографии, позволявший получать снимки, не выцветавшие вскоре после проявления, он отрицал, что цвета на фотографиях по методу Беккереля обусловлены интерференцией. Липман утверждал, что интерференция лежит в основе его собственного метода. Пластинки Липмана были изготовлены из прозрачного стекла и с одной стороны покрыты относительно толстым слоем светочувствительной эмульсии из желатина, нитрата серебра и бромида калия. Во время экспозиции кассета покрывала свободную сторону стеклянной пластинки ртутью, которая создавала блестящую отражающую поверхность, Интерференционные картины между светом, падающим от объекта и отраженным от ртути (именно эти интерференционные картины хранят «память» о цвете изображения), запечатлялись в распределении зерен серебра, возникавших в результате химических реакций при проявлении. Впоследствии Липман образно описывал изобретенный им процесс как создание своего рода шаблона, или формы, из световых лучей в толще фотопленки.
«За создание метода фотографического воспроизведения цветов на основе явления интерференции» Липман был удостоен Нобелевской премии по физике 1908 г. Упомянув о том «ключевом положении, которое занимает фотографическое воспроизведение различных объектов в современной жизни», К.Б. Хассельберг из Шведской королевской академии наук на церемонии вручения премии сказал, что «метод цветной фотографии Липмага знаменует новый шаг вперед... в искусстве фотографии». Выступая с Нобелевской лекцией, Липман продемонстрировал, что при его методе цвет действительно возникает вследствие интерференции в фотопластинке без участия каких-либо красителей: он смочил эмульсию, желатин разбух и расстояния между пятнами на интерференционной картине изменились, цвета исчезли. Но стоило желатину подсохнуть, как интерференционные картины восстановились, а изображение вновь обрело цвет.
Липман отметил необходимость дальнейшего усовершенствования своего метода: «Продолжительность экспозиции (1 минута на солнечном свете) все еще слишком велика для портретной съемки. Когда я только приступил к работе, продолжительность экспозиции доходила до 15 минут. Процесс следует совершенствовать и дальше. Жизнь коротка, а прогресс идет так медленно». Современная цветная фотография с пленками, требующими экспозиции в доли секунды, основана на трехцветном процессе с использованием поглощающих красителей, впервые предложенном в 50-х гг. XIX в. шотландским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом.
В последующие годы Липман внес большой вклад в развитие сейсмологии и астрономии. Ему принадлежат идеи использования телеграфных сигналов для раннего оповещения о землетрясениях и измерения скорости распространения упругих волн в земной коре. Он предложил новую разновидность сейсмографа для непосредственного измерения ускорения в движении земной поверхности. Липман разработал конструкцию двух астрономических инструментов: целостата с медленно вращающимся зеркалом, позволяющим получать стационарное изображение участка неба, на который наведен инструмент, а не только одиночной звезды, и уранографа, с помощью которого можно сделать фотографическую карту неба с уже нанесенными на ней меридианами, по которым удобно отсчитывать равные интервалы времени. Его учебник по термодинамике (науке о превращениях тепловой энергии и ее связи с механической энергией) стал стандартным курсом во Франции.
В 1888 г. Липман женился. Он умер на борту парохода "La France", возвращаясь из поездки в Канаду. Липман состоял членом Французской академии наук (в 1912 г. – ее президент), членом Лондонского королевского общества. Он был удостоен звания командора ордена Почетного легиона.
В 1892 году Габриэль Липпман опубликовал результаты собственных опытов
Список литературов
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
РГП КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «История Казахстана и обще образовательная»
ДОКЛАД
Габриэль Липпман
Выполнил: ст.гр.ТОМД – 13 с/к
Есболова Г.Ж.
Проверил: препод.
Баимбетова М.К.
Темиртау 2013 г