Мир зеркала

Щербакова С.Г.
Тема урока: «Мир зеркала»
Тип урока. Интегрированный урок.
Вид урока. Урок-интервью.
Время проведения. Сдвоенный урок.
Цель. Развивать познавательный интерес на основе межпредметных связей.
Задачи. Познавательные. Сформировать представления о роли металлов в производстве
зеркал, физико-химических свойствах зеркал и областях их применения; акцентировать
внимание учащихся на возможностях интеграции знаний из курсов химии. Физики, истории,
литературы, математики; продолжить формировать умения работать с дополнительной
литературой.
Развивающие. Развивать умения выделять главное, существенное, сравнивать, обобщать;
способствовать развитию эмоциональных качеств личности, формированию
коммуникативных и рефлексивно-оценочных умений.
Воспитывающие. Формировать научное мировоззрение; целостную картину мира.
Оборудование и реактивы. Образы зеркал – плоские, вогнутые, выпуклые; микроскоп,
школьный телескоп, видеокамера, зеркальный фотоаппарат, медицинский лобный
рефлектор, новогодние шары; выставка книг; химическая посуда и реактивы для проведения
опыта «серебряное зеркало»; памятки по уходу за зеркалами.
Межпредметные связи урока: химия, физика, история, литература, математика.
План урока.
1. Вступительное слово учителя.
2. Представление «корреспондентов».
3. Сообщения учащихся. Работа групп:
а) группа «историков»,
б) группа «химиков»,
в) группа «физиков»,
г) группа «литераторов»,
д) группа «математиков»,
е) группа «изобретателей»,
ж) группа «экспертов».
4. Заключительное слово учителя.
5. Оценка работы учащихся.
6. Рефлексия учащихся.
Ход урока.
Учитель: Вы можете представить себе жизнь без зеркала? Проснуться утром – и не увидеть
своего отражения? Кажется, ерунда, мелочь. А ведь какой душевный дискомфорт! Недаром
сказочных персонажей в качестве наказания лишали отражения.
Сегодня мы поговорим о зеркалах.
Так что же такое зеркало? В чем его сила? Откуда оно появилось? Как его
изготавливают? На эти и другие вопросы мы постараемся сегодня ответить и помочь
корреспондентам школьной газеты написать статью о зеркалах.
Добро пожаловать в удивительный, таинственный, волшебный мир зеркал!
Щербакова С.Г.
1-ый корреспондент: Для начала мы обратились к словарям и выяснили, что же такое
зеркало?
2-ой корреспондент:
Малый энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона:
зеркало – физическая, гладкая плоская или кривая поверхность, отражающая свет по
определенным направлениям относительно падающего луча.
Толковый словарь Владимира Даля:
Зеркало – весьма гладкая, металлическая или стеклянная доска, отражающая предметы.
1-ый корреспондент: С чего же начать интервью?
2-ой корреспондент: Давай выясним, где появилось первое зеркало? Кто его изобрел? Эти
вопросы для группы «историков».
1-ый историк: Вы когда-нибудь смотрелись в воду? Вы видели там отражение дерева и
неба? По существу вы смотрелись в зеркало. Ведь зеркало- это гладкая поверхность,
которая отражает свет и другие предметы. Очень важно, что бы поверхность его была
гладкой. Чем более она гладкая, тем лучше отражение. Когда ветерок рябит воду, вы
можете видеть только солнечные блики – и никаких других предметов.
Человек изобрел зеркало в незапамятные времена. В древние времена зеркала делали
из отполированного металла. Мы никогда не узнаем, когда человек придумал зеркало.
Вероятно, он тоже часто смотрелся в гладкую поверхность пруда и видел там себя. В один
прекрасный день человек стал специально полировать кусочки металла и придавать им
нужную форму. Так появилось зеркало.
2-ой историк: Первые металлические зеркала из бронзы и серебра люди начали изготовлять
в 3-м тысячелетии до н. э. Они были широко распространены у народов Древнего Востока, а
позже – у древних греков и римлян. Последнее подтверждает большое количество
полированных металлических пластинок, найденных при раскопках Помпеи.
При исследовании древней резиденции египетских фараонов в окрестностях Каира
был обнаружен неглубокий бассейн, дно которого некогда было залито слоем жидкой ртути.
Возможно, это также одно из образцов древних зеркал.
Широко использовали карманные зеркальца, которые было удобно носить с собой.
Их делали из круглой пластинки металла: меди, бронзы, серебра и золота. Такие зеркала
были, конечно, не столь совершенными, как стеклянные, но в течение тысячелетий
женщинам во всех концах планеты приходилось довольствоваться только ими. Первыми, кто
догадался делать стеклянные зеркала со слоем ртути или олова, были венецианцы. К 1300
году стали выпускать такие зеркала, и скоро они заменили металлические пластины.
С этого времени небольшое ручное зеркало стало обязательной принадлежностью
наряда богатой дамы. Его носили на золотой цепочке на шее или у пояса, вставляли в веер,
оправляли в рамки из черепаховой или слоновой кости, украшали позолотой, миниатюрами
из эмали и гравировкой. Эта мода прошла лишь в XVII веке, когда вследствие мощного
подъема стеклоделия французскими мастерами был разработан метод отливки больших
зеркальных стекол на медных плитах с последующей их прокаткой. Парадные залы дворцов
знати стали украшаться огромными зеркалами, и необходимость в постоянном ношении
маленьких зеркал отпала.
Начиная с XV века, лучшие зеркала производились в ведущем центре европейского
стеклоделия – Венеции (остров Мурано). Они были небольшими по величине, но весьма
дорогими. Их отражательная поверхность делалась из свинцово-сурьмяного сплава. Однако
последний быстро тускнел и утрачивал необходимые для зеркала свойства. В XVI столетии
Щербакова С.Г.
венецианцы изобрели подводку стеклянных зеркал оловянной амальгамой. Ртутнооловянный сплав обладал хорошей отражательной способностью и относительно высокой
устойчивостью. Поэтому, несмотря на страшную вредность (пары ртути отравляли
наводчиков зеркал), почти до середины XIX века этот сплав оставался незаменимым в
производстве зеркал.
3-ий историк: Рядом со знаменитым
городом, Венеция, на каналах находится
крошечный остров Мурано. В средние века он прославился искусными мастерамистеклодувами. Здесь производились чудесные бокалы, кувшины, кубки, вазы из цветного
стекла.
Пришло время, и Венеция помимо муранского стекла стала торговать еще одной
очень дорогой продукцией – муранские мастера после долгих опытов открыли секрет
зеркального производства.
Стеклоделы острова Мурано тщательно хранили свои секреты. За этим ревниво
следила и вся Венецианская республика: мастера постоянно находились под надзором
специальной тайной службы, им под страхом смерти запрещено было покидать остров.
Конечно, по отношению к жителям Мурано это было жестоко, но Венеция
оберегала таким образом свои финансовые интересы. Муранское стекло и зеркала
стоили дорого, нельзя было упустить секрет их производства и дать возможность
делать точно такие же в любой другой стране.
Однако, вскоре после изобретения в Венеции зеркального стекла, изготовляемого
надувным способом, его в числе первых стали производить мастера Голландии и германии.
В Италии расплавленную стеклянную массу выдували в длинные баллоны, затем
разрезали их вдоль, расстилали на медном листе, наводили блеск и амальгировали.
При французском методе стеклянную массу разливали по гладкому столу и медленно
охлаждали. Шлифовали стекло наждаком. Амальгирование происходило так: на гладком
столе располагался оловянный лист, после него шел тонкий слой ртути, а поверх расстилали
лист стекла.
1-ый корреспондент: А я слышал о загадочных, волшебных зеркалах, которые
изготавливались в Китае!
4-ий историк: Да, действительно, в 1832 году один из европейцев, совершивших
путешествие по Китаю, привез в Европу небольшое медное зеркало - тонкую круглую
пластинку, одна сторона которой была отполирована так, что в нее можно было смотреться.
Такие зеркала были широко распространенны в древности в разных местах земли. Однако
китайское зеркало обладало совершенно удивительными свойствами. Если оно отражало
солнечный свет, то на стене, куда попадал отраженный луч, поступало отчетливое
видимое изображение. Чаще всего это был текст заклинания для защиты от злых духов.
Исследователи установили, что подобные зеркала производились в Китае еще в 3
веке новой эры. В книге «История древних зеркал» было написано, что изобретение таких
зеркал относится к глубокой древности и секрет их изготовления утрачен.
Этими зеркалами заинтересовались современные физики. Но прошло целых сто лет
до того, как эту тайну удалось разгадать знаменитому английскому физику Уильяму Брэггу.
В 1932 году он опубликовал работу, в которой показал, что секрет зеркала заключается в
особых приемах полировки его поверхности. В начале на нее наносились необходимые
иероглифы, а затем поверхность полировали для придания блеска. В ходе полировки
поверхность сглаживали так, что глаз переставал замечать выпуклости. Они становились
заметными только тогда, когда их освещал яркий солнечный свет.
Щербакова С.Г.
1-ый корреспондент: Итак, как я понял, зеркала могут быть металлическими, с тщательно
отполированной поверхностью, и стеклянными, с нанесенными на их поверхность
металлами.
2-ой корреспондент: А какие металлы используют для изготовления зеркал? Обратимся к
«химикам» и почерпнем у них нужную информацию.
1-ый химик: Металлы – химические элементы, образующие в свободном состоянии простые
вещества с металлической химической связью. В основе структуры металлов лежит
кристаллическая решетка из положительных ионов, погруженная в плотный «газ»
подвижных электронов. Эти электроны компенсируют силы электрического отталкивания
между положительными ионами и тем самым связывают их в твердые тела. Такой тип
химической связи называют металлической связью. Она обуславливает важнейшие
физические свойства металлов: пластичность, металлический блеск, которые широко
используются как в народном хозяйстве, так и в искусстве. Своеобразный металлический
блеск объясняется тем, что обобществленные электроны отражают световые волны. С
внешней стороны металлы, как известно, характеризуются прежде всего особым
«металлическим» блеском, который обуславливается их способностью сильно отражать лучи
света. Самые блестящие металлы – ртуть (из которой изготавливали в средние века
знаменитые «венецианские зеркала») и серебро (из него теперь с помощью реакции
«серебряного зеркала» изготавливают современные зеркала). Однако блеск наблюдается
обыкновенно только в том случае, когда металл образует сплошную компактную массу.
Правда, магний и алюминий сохраняют свой блеск, даже будучи превращенными в порошок,
но большинство металлов в мелко раздробленном виде имеет черный или темно-серый цвет.
2-ой химик: Первыми зеркалами служили отполированные до блеска металлические
пластинки из меди, золота, серебра. Но, такие зеркала имели большой недостаток – на
воздухе быстро темнели и тускнели. Как же нашли выход из этой ситуации? После долгих
экспериментов оказалось, что блестящий металлический слой можно нанести на стекло. Так,
в I веке новой эры начали изготавливать стеклянные зеркала – стеклянные пластинки,
соединенные со свинцовой или оловянной.
Делалось это так: вымыв спиртом стекло, очищали его тальком и к поверхности
плотно прижимали оловянный листок. Сверху наливали ртуть и, дав ей постоять, сливали
избыток. Образовавшийся слой амальгамы заклеивали или закрашивали.
Такие зеркала оказались намного долговечнее металлических, поэтому ремесленные
мастерские перешли на выпуск стеклянных зеркал, отражающая поверхность которых была
сделана из амальгамы олова. Но, поскольку пары ртути очень ядовиты, производство
ртутных зеркал было весьма вредным, да и сами зеркала содержали ртуть. Для здоровья
опасно держать ртутные зеркала в жилых помещениях. Поэтому ученые продолжали искать
замену для ртути. Ее открыли французский химик Франсуа Птижан и великий немецкий
ученый Юстус Либих. Они предложили заменить ртуть серебром.
1-ый корреспондент: Какие химические процессы лежат в основе изготовления таких
зеркал?
3-ий химик: Либих предложил изготавливать стеклянные зеркала с серебряным покрытием.
Разработанный им метод состоял из следующих операций. Сначала к водному раствору
нитрата серебра добавляли водный раствор гидр оксида калия КОН, что приводило к
осаждению черно- коричневого осадка оксида серебра Ag2O.
Ученик пишет на доске уравнение:
Щербакова С.Г.
2AgNO3 + 2KOH = Ag2O + 2KNO3 + H2O
Осадок отфильтровывали и перемешивали с водным раствором аммиака NH3.
Ученик пишет на доске уравнение:
Ag2O + 4NH3 + H2O = 2[Ag(NH3)2] OH.
В этой реакции оксид серебра переходил в раствор в виде
гидроксида
диамминсеребра. Затем в полученный прозрачный раствор погружали лист стекла, одна из
поверхностей которого была тщательно обезжирена, и добовляли формальдегид НСОН.
Формальдегид восстанавливал серебро, которое осаждалось на очищенной
поверхности стекла с образованием зеркала.
Ученик пишет на доске уравнение:
2[Ag(NH3)2] OH + HCOH = 2 Ag + HCOOH + 4NH3 + H2O.
Учитель: Мы можем в лабораторных условиях получить «серебряное зеркало».
Учитель проводит опыт «Серебряное зеркало».
Опыт «Серебряное зеркало»
Колбу емкостью 100мл до урока очищают от механических загрязнений, промывают
ершиком с мыльной водой или нагревают в колбе раствор щелочи, затем споласкивают
водой, промывают хромовой смесью и наконец начисто промывают дистиллированной
водой.
В колбу наливают на четверть объема 2-процентный раствор нитрата серебра, затем
добавляют постепенно раствор аммиака до тех пор, пока образующийся вначале осадок не
растворится в его избытке. К образующемуся раствору добавляют осторожно по стенке 05,1мл формалина и помещают колбу в стакан с горячей (лучше кипящей) водой.
Вскоре в колбе образуется красивое серебряное зеркало!
4-ый химик: Серебро – драгоценный металл известный с глубокой древности. На земле
этого элемента 7*10-6% от массы земной коры. Чистое серебро – блестящий белый металл,
очень мягкий, тягучий, плавящийся при 960,80С. Плотность серебра при 200С 10,5г/см3,
Ткип=22120С.
Серебряные зеркала были наилучшими по качеству отражения.
Серебро относительно дешево, устойчиво к атмосферным воздействиям,
характеризуется высокой отражательной способностью и не дает оттенков, к сожалению, в
настоящее время. Такие зеркала являются редкостью даже для музеев.
В настоящее время много серебра расходуется на производство технических и
бытовых зеркал.
При изготовлении серебряных зеркал стекло обезжиривают и промывают, а затем
обрабатывают раствором хлорида олова (II) SnCl2. После этого стекло обливают раствором
нитрата серебра AgNO3, содержащим сахар. Сахар восстанавливает соль серебра до металла,
и он ровным и плотным слоем ложится на поверхность стекла.
Хлорид олова (II) играет роль активатора процесса восстановления и способствует
образованию качественного слоя серебра.
Для предотвращения потускнение серебряного покрытия в технических зеркалах его
защищают слоем химического элемента индия. Не сказываясь на отражательной способности
зеркал, индий позволяет продлевать срок их службы.
Наиболее распространенный технологический процесс производства зеркал –
серебрение, состоит из следующих основных операций:
 удаление с поверхностей стекла загрязнений и продуктов коррозии;
Щербакова С.Г.
 нанесение центров осаждения серебра;
 собственное серебрение;
 нанесение защитных покрытий на отражающие слои.
Обычно толщина серебряной пленка колеблется от 0,5 до 0,3 мкм. Для
электрохимической защиты отражающего слоя, его покрывают медной пленкой,
соизмеряемой по толщине с серебряной. На медную пленку наносят разные лакокрасочные
материалы, предупреждающие механические повреждения защитного слоя зеркала.
2-ой корреспондент: Вот Вы сказали, что серебро – драгоценный металл. Неужели нельзя
заменить его другим металлом, менее дорогим?
5-ый химик: Можно. В последнее время зеркала изготавливают способами металлизации
стекла распылением и испарением в вакууме. Испарение алюминия осуществляется со
жгутом из вольфрамовой проволоки либо из жаропрочного тигля. Подготовка поверхности
стекла выполняется еще более тщательно, чем перед химическим серебрением, и включает
обезвоживание и обработку электрическим разрядом. При значении вакуума толщина
алюминиевой пленки для получения зеркала максимальной отражательной способностью
0,12 мкм. Благодаря повышенной химической стойкости алюминиевые зеркала иногда
используют как поверхности наружного отражения, которые защищаются оптически
прозрачными слоями Al2O3, SiO2, MgF2 и др. Обычно слой алюминия покрыт непрозрачными
лакокрасочными материалами. Такими же, как и при серебрении. Некоторая
неравномерность по спектру и ухудшение отражательной способности алюминиевых зеркал
по сравнению с посеребренным оправданы значительной экономией серебра при массовом
производстве зеркал.
Способани распыления и термического испарения могут быть получены зеркала с пленками
большинства металлов, а также диэлектриков.
6-ой химик: Серебряные зеркала на стеклянной основе до сих пор служат людям, однако их
стойкость к действию высоких температур и вызывающих коррозию газов атмосферы
невысока. Поэтому в технике их по возможности заменяют родиевыми. Отражательная
способность родия несколько меньше, чем у серебра (95%), зато родированные поверхности
не тускнеют даже в атмосфере вольтовой дуги. Поэтому родием покрывают рефлекторы
прожекторов и технические зеркала прецизионных измерительных инструментов различного
назначения. Особый блеск и красоту родиевое покрытие придает ювелирным изделиям.
1-ый корреспондент: А какое зеркало не «обманывает», дает высококачественное
изображение?
7-ой химик: Самыми высококачественными оказались зеркала из индия. Одной из первых
областей применения индия стало изготовление зеркал, необходимых для астрономических
приборов, рефлекторов и тому подобных устройств. Оказывается, обычное зеркало не
одинаково отражает световые лучи различных цветов. Это значит, например, что цветная
одежда, если ее рассмотреть в зеркало, имеет несколько иную окраску, чем на самом деле.
Правда, глаз модницы, сидящей перед зеркалом, не в состоянии зафиксировать такие
перемены в ее туалете, но для многих приборов цветовая фальсификация просто
недопустима. И серебряные, и оловянные, и ртутно-висмутовые зеркала грешат этим
недостатком. Индий же не только обладает чрезвычайно высокой отражательной
способностью, но и проявляет при этом полнейшую объективность, совершенно одинаково
относятся ко всем цветам радуги – от красного до фиолетового. Вот почему, чтобы свет,
излучаемый далекими звездами, доходил до астрономов неискаженным, в телескопах
устанавливают индиевые зеркала.
Щербакова С.Г.
В отличие от серебра, индий не тускнеет на воздухе, сохраняя высокий коэффициент
отражения. Между прочим, индий сыграл немаловажную роль при защите Лондона от
массированных налетов немецкой авиации во время второй мировой войны. На первый
взгляд, такое утверждение может показаться странным, но именно индиевые зеркала
позволяли прожекторам противовоздушной обороны в поисках воздушных пиратов легко
пробивать мощными лучами плотный туман, нередко окутывавший британские острова.
Поскольку индий имеет низкую температуру плавления Тпл=156,2оС, во время работы
прожектора зеркало постоянно нуждалось в охлаждении, однако английское военное
ведомство охотно шло на дополнительные расходы, с удовлетворением подсчитывая число
сбитых вражеских самолетов.
Учитель: Добавлю, что получить зеркальную поверхность можно не только, используя
металлы, но и их соединения. Так, сульфид свинца РbS – непримечательный осадок бурого
цвета. Но можно выделить его из раствора свинцовой соли с получением зеркальной
поверхности.
Свинцово-сульфидное зеркало получают, используя любую другую растворимую соль
свинца, например, нитрат свинца Pb (NO3)2 или ацетат Pb (CH3 COO)2, гидроксиды натрия
NaOH или калия КОН и тиокарбамид CS(NH2)2. При действии избытка NaOH на нитрат
свинца в водном растворе образуется гексагидроксоплюмбат натрия.
Учитель пишет на доске уравнение:
Pb (NO3)2 + 6 NaOH = Na4 [Pb(OH)6] + 2NaNO3
Если к такому раствору добавить тиокарбамид и равномерно нагревать, то вскоре
можно почувствовать запах аммиака NH3.
На доске записывается уравнение реакции
Na4 [Pb(OH)6] + CS(NH2)2 = PbS↓ + 2NH3↑ + Na2CO3 + H2O + 2NaOH
В тщательном вымытом и обезжиренном реакционном сосуде сульфид свинца
осаждается на стекле зеркально блестящим слоем.
Интересно, что в тонком слое сульфид свинца PbS является фотосопротивлением:
электропроводность такого слоя при освещении резко возрастает.
2-ой корреспондент: Теперь пора узнать, какие же бывают зеркала?
1-ый корреспондент: И, какими свойствами обладают?
2-ой корреспондент: Обратимся к группе «физиков», нам необходима их помощь.
1-ый физик: (рассказ сопровождается демонстрацией зеркал: плоского, вогнутого,
выпуклого – новогодние шарики) Рассмотрите свое изображение в новогодних шариках.
Почему изображение получается таким забавным?
1-ый корреспондент: Поверхность выпуклая.
1-ый физик: Да, наряду с плоскими зеркалами, которыми мы обычно пользуемся,
существуют вогнутые и выпуклые.
Плоским зеркалом называют плоскую поверхность, отражающую свет. Изображение
предмета в плоском зеркале образуется за зеркалом, то есть там, где предмета нет на самом
деле. Как это получается?
Щербакова С.Г.
Пусть из точечного источника света S падают на зеркало МN расходящиеся лучи SO,
SO1, SO2. По закону отражения луч SO отражается от зеркала под углом 0 градусов; луч SO1
– под углом отражения равен углу падения; луч SO2 – отражается под углом отражения и
равен углу падения. В глаз попадает расходящийся пучок света. Если продолжить отражение
луча за зеркало, то они сойдутся в точке S1. В глаз попадет расходящийся пучок света,
исходящий как будто бы из точки S1. Эта точка называется мнимым изображением точки S.
Как располагается источник света и его мнимое изображение относительно зеркала
можно доказать пользуясь равенством треугольников, что S1O = OS. Это значит, что
изображение предмета находится на таком же расстоянии за зеркалом, на каком предмет
расположен перед зеркалом.
Качество зеркала тем выше, чем ближе форма его поверхности, к математически
правильной. Максимально допустимая величина микро-неровностей поверхности
определяется назначением зеркала: для астрономических и некоторых лазерных зеркал она
не должна превышать 0,1 наименьшей длины лямбды минимально падающего на зеркало
излучения.
1-ый корреспондент: Почему поверхности одних предметов отражают свет хорошо, а
других – так себе? Почему одни выглядят зеркальными, а другие – матовыми? Наверное,
дело заключается в том, насколько хорошо эти поверхности отполированы?
1-ый физик: Действительно, посмотрите внимательно на устройство самого обычного
зеркала (демонстрация плоского зеркала). Ведь это не что иное, как плоское стекло,
покрытое с одной стороны ровной, будто отшлифованной, металлической пленкой.
Благодаря стеклу, это поверхность металла может долго сохраняться плоской и отлично
выполнять роль, как говорят, прямого зеркала.
А теперь взглянем на плоскость фанерной двери, окрашенной белой краской (дверь
кабинета). Она, конечно же, кажется нам светлой, но согласитесь, что никакого зеркального
эффекта нет.
Всмотревшись, а еще лучше поводив пальцем по поверхности фанеры, мы убедимся в
ее шероховатости. Значит, падающий на неё свет частично отражается в разные стороны.
Иными словами свет рассеивается.
Надо не забыть о том, что свет может и поглощается. Хорошее зеркало даже в ячный
жаркий день не нагреется, отразив почти все лучи. А белая ткань, несмотря на то, что
рассеет, отразит в разные стороны многие из падающих на нее лучей, часть из них все же
поглотит и немного нагреется. А уж про темную ткань и говорить не приходится.
Положение оптического изображения, даваемого зеркалом, может быть определено по
законам геометрической оптики, оно зависит от формы поверхности зеркала и положения
изображаемого предмета.
Когда-то наблюдения за обычными солнечными «зайчиками» навели на открытие
закона отражения света. Звучит этот закон, довольно просто: под каким углом лучик на
зеркало падает, под таким и отражается. Чуть наклоним зеркало и отраженный лучик так же
отклониться в сторону.
Благодаря таким свойствам отражения мы можем увидеть себя в зеркале. Если
зеркало ровное, то наше изображение в нем будет таким же, как мы, то есть не искаженным.
Но вспомните «комнату смеха» - стоит изогнуть поверхность зеркала, как изображение
предметов в нем приобретают невероятные очертания. В полном соответствии с законом
отражения разные участки кривого зеркала создают каждый свое изображение, их
становится много, и они причудливым образом накладываются друг на друга.
Использование закона отражения света позволило людям не только развлекать друг
друга, но и создать много полезных и важных приборов.
2-ой корреспондент: Мы подошли к вопросу: где используются зеркала?
Щербакова С.Г.
2-ой физик: Зеркала используются в науке, технике и медицине. Свойство изогнутых зеркал
концентрировать, фокусировать световые лучи широко используется, например, в телескопе.
Разве он не собирает с большой площади своего «глаза» - объектива «урожай» световых
лучей от далекой звезды? Фокусируя их с помощью вогнутого зеркала, он усиливает
светимость звезды и позволяет нам ее разглядеть. Если в фокусе подобного зеркала
разместить источник света, то их лучи, отразившись от зеркала, выйдут из него ровным и
мощным пучком.
А если направить лучи не на вогнутую, а на выпуклую сторону зеркала? Легко
догадаться, что тогда лучи будут не собираться вместе, а, напротив, рассеиваться.
Выпуклые зеркала, используемые водителями, позволяют расширить сектор обзора –
в них видно больше предметов. Вам, наверное, попадались такие зеркала на перронах
станции метро у головного вагона?
Зеркала, применяемые в сочетании с линзами, образуют группу зеркально-линзовых
систем.
Зеркала с изогнутой поверхностью используются в прожекторах кораблей, маяках,
фары машин, в микроскопах.
Как вести наблюдение за полем боя солдату, сидящему в окопе, если пули свистят так,
что не высунуть и головы? Как узнать капитану подлодки, не выдав ее присутствия, что
происходит на поверхности моря? Разумеется, вы вспомнили про перископ. Этот прибор
легко сделать самим с помощью двух зеркал.
Зеркала применяют для дополнительной подсветки, например, при киносъемке.
Отражающие свойства плоских зеркал используют в видоискателях фотоаппаратов и
съемочных камер.
В медицине из зеркал наиболее распространен лобный рефлектор – вогнутое зеркало с
отверстием посередине, предназначенное для направления узкого пучка света внутрь глаза,
уха, носа, глотки и гортани. Зеркала многообразных ко6нструкций и форм применяют также
для исследований в стоматологии, хирургии и т. д.
2-ой корреспондент: А еще, зеркала помогают нам рассмотреть себя, причем с разных
сторон. Выпускают даже трехстворчатые зеркала, благодаря которым мы можем увидеть, как
выглядим сбоку. А в парикмахерских, бывает, с помощью второго зеркала вам покажут,
хорошо ли подстрижен ваш затылок.
В старинных замках устраивали целые системы зеркал, предающих изображение
людей из одной комнаты в другую.
1-ый корреспондент: Мы, современные люди, так привыкли к зеркалам, что на них иногда
не обращаем внимания. А ведь было время, когда зеркало казалось чудом, когда оно
ценилось на вес золота. Зеркало вставляли в кольца и серьги вместо драгоценных камней.
Зеркалами украшали жилища. Шкафы, кровати, даже столы были в зеркалах. В богатых
домах были даже зеркальные комнаты – стены, потолки, двери – все из зеркал. Знатные дамы
заказывали себе платья, обшитые кусочками зеркала.
2-ой корреспондент: А традиция гадать с помощью зеркал? Требуется помощь
«литераторов».
Существует много методов гадания с применением зеркала. Самые известные – с
помощью двух зеркал и свечи или с помощью одного зеркала и свечи. Святочные гадания на
жениха известны с давних времен. И сейчас гадают таким образом, кто в шутку, а кто и
всерьез. И даже то, что начинается как шутка, становится, чем то серьезным и настоящим,
когда перед тобой в темноте разворачивается бесконечный зеркальный коридор.
Щербакова С.Г.
1-ый корреспондент: Конечно, в каждой стране существуют свои поверья, приметы и
гадания, связанные с зеркалами. Все легенды объединяет одно: к зеркалу относятся с
опаской, видя в нем предмет магический, таинственный, волшебный.
2-ой корреспондент: Вот-вот, здесь скорее больше сказочного вымысла, чем правды.
Хотя…, я люблю сказки. Давайте вспомним, в каких из них упоминается зеркало?
Литератор читает отрывки из литературных произведений:
В. И. Губарев «Королевство кривых зеркал»
А.С.Пушкин «Сказка о мертвой царевне и семи богатырях»
Г.Х.Андерсен «Снежная королева»
В. С. Мальт «Стеклянная история»
Л. Кэрролл «Алиса в зазеркалье».
1-ый корреспондент: Льюис Кэрролл был математиком. Интересно, а какие законы
зазеркалья он описал в своей бессмертной книге «Алиса в зазеркалье»? Я читал эту книгу,
но, там все так запутано.
2-ой корреспондент: Давай попросим группу «математиков» внести ясность в этот вопрос.
1-ый математик: В зеркале все предметы «переворачиваются», предстают обращенными.
Если вы протяните своему отражению правую руку, то увидите, что оно протягивают вам
левую. Вот что пишет Кэрролл: «… я тебе расскажу все, что знаю про Зазеркальный дом. Вопервых, там есть вот эта комната, которая начинается прямо за стеклом. Она совсем такая
же, как наша гостиная…только все там наоборот!».
Но, почему в своем зеркальном отражении мы видим, что зеркало меняет левую и
правую стороны, но не меняет верх и низ, хотя, по условиям симметрии, меняться должны
все направления?
Оказывается, когда ми стоим перед зеркалом, то мысленно как бы обходим его с боку
и становимся за ним. Поэтому меняется правое с левым. А вот если представить, что мы
перевалились с зеркала сверху, что бы голова была внизу, то тогда, казалось бы, что
поменялись верх и низ, а левое и правое остались на месте. Нормальный человек,
естественно, скорее «обойдет» зеркало, чем будет «переваливаться» через него.
Законы движения в зазеркалье так же вывернуты, как и неподвижные отражения. В
самом деле, коль скоро в ответ на помахивание правой рукой отражение машет левой, то,
если вы желаете попасть в какое – то место в зазеркалье, нужно идти прямо в
противоположную сторону. Маленькая героиня Кэрролла этого не знала, поэтому «куда бы
она не шла, где бы не сворачивала, всякий раз, хоть убей, она выходила снова к дому». И
только пойдя в противоположном направлении, она вышла туда, куда хотела.
2-ой математик: Но выбор направления – это еще не все. Любопытнее другое. В нашем
мире скорость есть частное от деления расстояния на время, то есть V=S/t. В зазеркальном
мире все наоборот! Там V=t/S! Кэрролл был не просто сказочником, а математиком,
рассказывающим сказку, и смог предвосхитить Эйнштейна: «самое удивительное было то,
что деревья не бежали, как следовало ожидать, им навстречу; как не стремительно неслись
Алиса и Королева, они не оставляли их позади… «Далеко еще?» - с трудом выговорила
наконец Алиса. «Не еще, а уже! – ответила Королева. – Мы пробежали мимо десять минут
назад! Быстрее!»… Сложно двигаться в зазеркальном мире тому, кто привык к законам
«предзеркалья». Это следствие закона движения, приведенного выше, - при большой
скорости время велико, а расстояние мало. Чем выше скорость, тем меньше пройденное
расстояние. Чем быстрее бежала Алиса во времени, тем более она оставалась на том же
месте в пространстве.
Щербакова С.Г.
1-ый корреспондент: Удивительно! Просто чудеса!
Учитель: Но чудеса встречаются не только в выдуманном мире. В книге Льюиса Кэрролла
«Алиса в зазеркалье» есть такие слова: «А зеркало, и точно, стало таять, словно серебристый
туман поутру». С этого таяния и начались удивительные приключения Алисы в другом,
зеркальном мире. Ученых же. Занимавшихся исследованием и разработкой новых
материалов, ждали не менее сильные переживания и захватывающие открытия, чем те, что
достались Алисе при встрече с шахматной Белой Королевой, Шалтай-Болтаем и другими
жителями Зазеркалья.
Начало было положено исследованием оптических тонких пленок редкоземельных
металлов иттрия и лантана. Эти металлы, как и более распространенные щелочноземельные
(магний, кальций и другие), способны поглощать водород и образовывать гидриды, которые
при нагревании могут разлагаться, вновь выделяя водород. Гидриды в отличие от металлов –
соединения ионные, поэтому их очень тонкие пленки должны быть прозрачными. Идея
авторов работы, опубликованной в английском журнале «Nature», и состояла в том, чтобы
тонкую зеркальную пленку иттрия превращать по желанию в прозрачную пленку гидрида
иттрия и наоборот, добиваясь при этом нового оптического эффекта.
Реальное положение оказалось сложнее простой схемы: иттрий образует не одну, а
три гидридных фазы – твердый раствор водорода в металле (соединение внедрения в
кристаллическую решетку), дигидрид YH2 и тригидрид YH3. обратимого превращения
удалось добиться только между фазами ди- и тригидридов: увеличивали давление водорода –
получали YH3, уменьшали - YH2. дигидрид обладает металлическими свойствами, поэтому
его пленка дает зеркальное отражение, тригидрид – скорее ионное соединение и должен
быть прозрачен. К сожалению, электронные свойства
YH3 таковы, что его полной
прозрачности добиться невозможно: он поглощает синие лучи (фотоны с относительно
высокой энергией) и имеет желтый оттенок.
Был испытан магний, для которого характерно образование только одного соединения
с водородом – дигидрида MgH2, но и этот металл для создания чудо-зеркала оказался
малопригодным. Здесь причины иные: скорость образования MgH2 невелика, и
переключения в прозрачное состояние приходится ждать часами.
Найти выход из такого положения удалось в Исследовательской лаборатории фирмы
«Филипс» (Голландия, г. Эйндховен). Согласно статье в том же журнале «Nature» сплав
магния с редкоземельным металлом гадолинием Mg70Gd30 легко, всего за 1с, переключается
с зеркального состояния при малых давлениях водорода на прозрачное при больших. Правда,
выяснилось, что при изученной системе не два оптически различных состояния, а три и при
средних давлениях водорода пленка сплава и не зеркальная и не прозрачная, а просто темная.
Еще одна трудность состоит в том, что прозрачность двигается только при давлении
водорода выше атмосферного.
Как же сегодня может выглядеть «переключаемое» зеркало?
Представим себе окно с двумя прозрачными стеклами, как в обычных жилых домах
нашей климатической зоны. На одном из стекол с внутренней стороны нанесена тонкая
пленка сплава, поверх нее – еще более тонкая, всего в 20нм, прозрачная пленка палладия
(легко поглощает водород и может переносить его в сплав). К герметично закрытому
пространству между стеклами ведут трубки для подачи и откачивания водорода. К системе
подсоединен источник водорода, например тот же сплав, но в виде порошка: при одной
температуре он поглощает водород, при другой – выделяет. Такие системы интенсивно
разрабатывают во многих странах мира для автомобилей нового поколения, с водородновоздушным двигателем.
При дальнейшей разработке в окнах-хамелеонах, наверное, будут использовать более
простые, электрохимические способы насыщения сплава водородом. Пространство между
Щербакова С.Г.
стеклами можно заполнить щелочным раствором, который при пропускании тока станет
диссоциировать, выделяя водород или, наоборот, соединяясь с водородом.
2-ой корреспондент: Где же можно использовать такие окна, меняющие свои свойства?
Учитель: Они, конечно же, привлекут архитекторов, поскольку дают возможность
построить здания с необычным эффектом. Способность к переключению можно
использовать для создания дисплеев, осветительных систем, дорожных указателей и многого
другого.
1-ый корреспондент: Необычные окна могут регулировать освещенность квартиры,
школьного класса или других помещений: мало солнечного света – они прозрачны, излишне
много света – они зеркальные, отражают. Создают прохладу.
2-ой корреспондент: Удивительно, казалось бы – самое обычное зеркало, а сколько тайн,
загадок? Сколько простора для новых открытий, изобретений.
1-ый корреспондент: Так давайте спросим у группы «изобретателей», какие открытия,
связанные с зеркалами, были сделаны в последнее время?
1-ый изобретатель: Уникальное зеркало изобретено в Японии в 2004 году 56-летним
инженером Кэндзи Китамура. Оно дает не зеркальное, а прямое отображение объекта. То
есть, если при взгляде в обычное зеркало правое становится левым, а левое правым, то здесь
мы видим отражение прямое без искажений. В новом зеркале человек видит себя так же, как
его видят другие. Изобретатель для этого собрал своего рода аквариум с треугольным
сечением, наполненный водой. Две его стенки образуют обычные зеркала, соединенные под
прямым углом отражающими поверхностями внутрь, а третья стенка – прозрачное стекло.
Оно и служит лицевой стороной устройства, которое дает «незеркальное» отражение
находящихся передним предметов. Просто объекты отражаются в нем дважды. Глядеться в
такое зеркало весьма необычно, поскольку эффект нарушает устоявшуюся привычку к
обратному отражению. Однако Кэндзи Китамура считает полезным свое изобретение,
например, для актеров или спортсменов.
2-ой изобретатель: Специалисты национального политехнического института Мексики
работают над созданием электронной системы – так называемого зеркала будущего,
способной прогнозировать эволюцию человеческого лица. «Конечно же, наше зеркало
будущего планировалось не для удовлетворения праздного любопытства, хотя сможет
выполнять и эти функции», - сообщила журналистам руководитель проекта Джессика Рохас.
Устройство, способное создавать перспективную фотографию человеческого лица,
станет незаменимым при розыске людей, потерявшихся много лет назад. Создаваемая
система, по мнению исследователей, сможет учитывать изменения, которые будут
происходить с внешностью человека с возрастом. При этом в качестве «точек отсчета» будут
использоваться специфические черты лица.
Система получила название «Катун», по имени Бога у племен майя, обитавших на
территории нынешней Мексики в доколумбовую эпоху. Электронное устройство создается
на базе компьютера «Пентиум». Чтобы увидеть себя в более зрелом возрасте, понадобиться
лишь фотография.
Учитель: Какие вопросы вас еще интересуют?
1-ый корреспондент: После нашего интервью я проникся таким уважением к обычным
зеркалам, что не могу не спросить: как за ними ухаживать?
Щербакова С.Г.
2-ой корреспондент: Тогда послушаем наших «экспертов».
Группа экспертов:
 зеркала боятся сырости и солнца. Яркие солнечные лучи не должны падать прямо на
зеркало;
 зеркало лучше всего вытирать сухой мягкой тряпкой, а раз-два в месяц простирать не
оставляющей волокон полотняной тряпкой, смоченной уксусом. Зеркало будет блестеть,
если в воде, в которой его моют, развести немного синьки. Можно также протирать зеркало
настоем чая;
 зеркало, засиженное мухами, лучше всего протереть разрезанной луковицей, вымыть
холодной водой. Нашатырный спирт применять не следует;
 если задняя сторона зеркала ничем не защищена, ее нельзя вытирать сырой тряпкой,
просто осторожно, чтобы не оцарапать, сотрите или сметите с нее пыль;
 зеркало быстро портится, если находится в помещении с повышенной влажностью. Для
продления срока службы зеркала следует создать герметическую прослойку между ним и
рамой. Делают это так: зеркало вынимают из рамы, на пазы намазывают тонкий слой
стеклянной замазки. После чего зеркало ставят на прежнее место и осторожно
придавливают. Избыток замазки разравнивают по пазу, а зеркало укрепляют в раме
гвоздиками без шляпок. Затем сверх защитного слоя, имеющегося на оборотной стороне
зеркала, наносят еще два слой масляного лака. Второй слой наносят после высыхания
первого;
 одеколон легко снимает с зеркал мельчайшие капельки лака для волос;
 для лучшей сохранности зеркал, находящихся в ванной и других влажных помещениях,
надо смазывать обратную сторону (амальгаму) составом из растопленного воска и
скипидара (1:2)
(всем обучающимся раздаются памятки по уходу за зеркалами)
1-ый корреспондент: Итак, пора подводить итоги. Нас окружает мир зеркал. Мы привыкли
к ним. Мы спокойно смотрим в зеркало по утрам, поправляем прическу или улыбаемся
своему отражению. И совершенно не задумываемся, что зеркало – не столь простое, каким
кажется на первый взгляд.
2-ой корреспондент: Мы познаем себя, мы идентифицируем себя, сравниваем с другими
людьми, а это можно сделать только с помощью зеркала.
Учитель: Я предлагаю вам закончить вашу будущую статью таким стихотворением:
Нам лица наши зеркало покажет,
Познать себя и мир оно позволит.
О горестях, о радостях расскажет.
Да, призадуматься над этим стоит!
Казалось бы, что зеркало – пустяк.
Кусок стекла. Металл с обратной стороны.
Но, стоит что-то сделать нам не так –
Процесс зеркальный изменить и вот,
Увы…
Ни отраженья нет, ни глубины!
О зеркало! Магический предмет!
Ты – сплав стекла, надежды, серебра.
Пригодно в телескопе, в маяке, и модница к тебе добра.
Щербакова С.Г.
То вдруг кривится, то зовет
В свой мир пленительный Алису.
Шалтай-Болтай неугомонный там живет.
Вот на стене он, вот уж снизу!
В калейдоскопе, в микроскопе, да везде,
В видеокамере, в прожекторе найдется
С тончайшей пленного металла на стекле
Деталь важнейшая, что зеркалом зовется.
Литература
1. Кукушкин Ю. Н. Химия вокруг нас: Справочное пособие. – М.: Высшая школа,
1992.
2. Кукушкин Ю. Н. Что мы знаем о химии? – М.: Высшая школа, 1993.
3. Венецкий С. И. О редких и рассеянных. Рассказы о металлах. – М.: Металлургия,
1981.
4. Лисичкин Г. В., Бетанели В. И. Химики изобретают. – М.: Просвещение, 1990.
5. Степин Б. Д., Аликберова Л. Ю. Книга по химии для домашнего чтения. – М.:
Химия, 1994.
6. Зоннефельд А. Вогнутые зеркала, пер. с нем., М. – Л., 1985.
7. Максутов Д. Д. Астрономическая оптика. М. – Л., 1986.
8. Винокуров В. М. Химические методы серебрения зеркал. – М., 1970.
9. Тудоровский А. И. Теория оптических приборов. Ч. 2. М. – Л., 1982.
10. Розенберг Г. В. Вакуумное нанесение тонких пленок. – М., 1967.
11. Глюк И. И все это делают зеркала, пер. с англ. – М., 1990.
12. Все обо всем. Популярная энциклопедия для детей. – М.: Ключ-С, 1994.
13. Энциклопедия для детей. Аванта+. Физика. – М.: Аванта+, 2000.
14. Журнал «Техника молодежи» №1, 2003. с. 20-48.
15. Глинка Н. Л. Общая химия. – М.: Химия, 1965.
16. Энциклопедический словарь юного химика. Составители В. А. Крицман, В. В.
Станцо. – М.: Педагогика, 1982.
17. Цветков Л. А. Эксперимент по органической химии: методика и техника. Пособие
для учителей. – М.: Школьная пресса, 2000.
18. Химия в быту. Смоленск: Русич, 1996.
19. Химия для гуманитариев. Сост. Н. В. Ширшина. – Волгоград: Учитель, 2004.
20. Я познаю мир: детская энциклопедия. Химия. / Авт. – сост. Л. А. Савина. – М.:
ООО «Издательство АСТ-ЛТД», 1998.