Ржевский Станислав Геннадьевич. Газоразрядная визуализация в фотографии

ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ В ФОТОГРАФИИ

История развития электрографии

Использование электрических разрядов для фотографирования предметов имеет долгую предысторию. Еще в конце XVIII столетия был изобретен электрофор - устройство, позволяющее хранить и использовать заряд, полученный электризацией трением. Обнаружилось, что наэлектризованная поверхность, притягивая пылинки и мелкие частицы, может создавать изображения (в наши дни этот принцип используется в электрографических устройствах - копирах и принтерах). Одним из первопроходцев в данном направлений был немецкий физик Г. К. Лихтенберг - он наблюдал образование разветвленных узоров, производимых разрядом на поверхности диэлектрика.

Первые опыты по воздействию разрядов на фотоэмульсию можно отнести к 1830-1832 годам. Тогда в экспериментах французского художника Л. Ж. Дагера было установлено, что мгновенные разряды оказывают на фотопластинку, обработанную йодом или сирийским асфальтом, такое же действие, как и длительное засвечивание. Одним из первых исследователей газоразрядной визуализации был живший на рубеже XIX и XX веков белорусский ученый Якуб Наркевич-Йодко. Он полагал, что ему удалось разработать "метод регистрации энергии, испускаемой живым организмом при воздействии на него электрического поля", который был назван "электрография". В его устройствах для генерации электрических полей высокого напряжения использовалась так называемая "Катушка Румкорфа", позволяющая получать импульсы высокого напряжения (по принципу действия это устройство сходно со свечами зажигания в автомобильном двигателе). Разряды, образующиеся вокруг различных объектов фиксировались на фотопластины - так были созданы электрограммы растений и человеческих ладоней. Результаты исследований был обнародованы в конце XIX века. За многие годы работы ученым созданы богатые коллекции электрографических снимков, один из наиболее знаменитых стала электрограмма руки астронома К. Фламмариона. Анализ информации, содержащейся в электрографических картинах, позволил Я. О. Наркевичу-Йодко сделать вывод о том, что их форма зависит от здоровья человека и его эмоционального состояния.

В 1896 году сербский изобретатель Никола Тесла запатентовал новое устройство -- резонансный трансформатор, производящей ток с высоким напряжением и высокой частотой. Применение этого трансформатора позволило наблюдать и исследовать множество интересных эффектов, проявляющихся в высокочастотном электрическом поле - в частности, разряды, возникающие при поднесении рук к выходу обмотки трансформатора. На демонстрационных лекциях-опытах в Лондоне и Париже в 1892 году Тесла показывал публике свечение собственного тела в токах высокой частоты, вызывал разряд внутри вакуумных ламп. В силу особых свойств высокочастотных токов, такие разряды не были губительными, что позволяло проводить эффектные демонстрации "молний", бьющих прямо из пальцев испытателей. Опыты Тесла были многократно запечатлены на фотографиях, на основе разработанных им устройств создавались электрофизиологические приборы.

В 1939 году советский физиотерапевт С. Д. Кирлиан занялся опытами по электрографированию предметов, помещенных в высокочастотное поле. Ремонтируя физиотерапевтический аппарат, в котором использовался ток высокой частоты, он обратил внимание на возникающее между электродами свечение, в дальнейшем исследователь стал получать снимки, кладя на один из электродов фотопленку. Первым объектом, который был электрографирован таким образом, стала монета. В дальнейшем это явление получило название "Эффект Кирлиана", или иначе - газоразрядная визуализация.

Кирлиан вместе со своей супругой провел много исследований в данном направлении, ими была усовершенствована конструкция газоразрядного аппарата (в том числе, была разработана разрядно-оптическая обкладка с прозрачным слоем солевого раствора в качестве одного из электродов), они получили множество электрограмм различных предметов, в том числе природного происхождения. В опытах было установлено, что характер свечения зависит от состояния объекта (свежие и увядающие листья давали разные картинки, изображение разряда вокруг человеческих пальцев менялось в зависимости от состояния здоровья). Неживые объекты в высокочастотном поле также давали яркое свечение, но оно выглядело статичным, однотонным. Свечение живых тел непрерывно менялось, по поверхности листьев пробегали маленькие огоньки разрядов. Опыты супругов Кирлиан и создание ими приборы подробно описаны в их книге "В стране чудесных разрядов".

0x01 graphic

Рис. 1. Электрогаммы металлических предметов

Физическая природа явления

Свечение, возникающее в случае проявления "Эффекта Кирлиана" являет собой коронный барьерный разряд в газе. Он возникает в электрическом поле высокой частоты - 10-100 кГц, при котором разность потенциалов между электродом и объектом достигает от 5 до 30 кВ. Разряд обусловлен протеканием трех процессов. Во-первых, происходит ионизация воздуха и образуются ионы азота. Во-вторых, между объектом и электродом возникает барьерный разряд. В-третьих, осуществляются электронные переходы с низких энергетических уровней на более высокие и, наоборот.

В результате исследований советского физика В. Г. Адаменко было установлено, что "Эффект Кирлиана" являет собой ни что иное, как эмиссию электронов, возникающую под воздействием токов высокой частоты. Механизм данного эффекта связан с возникновением разряда, возбуждаемого в воздухе электронами, "вырванными" из наблюдаемого объекта сильным электрическим полем. Излучение электронов под действием сильного электрического поля называют автоэлектронной или "холодной эмиссией", в отличие от термоэлектронной эмиссии, возникающей под действием высокой температуры. Применение импульсов высокочастотного напряжения дает возможность "извлекать" электроны из живой ткани, не разрушая ее.

Рис. 2. Электрогаммы живых листьев

Практическая реализация

О самостоятельной сборке высокочастотного генератора можно прочесть в книге супругов Кирлиан. Имеется также множество вариантов современных схем генераторов, предложенных радиолюбителями - этот материал обширно представлен в сети (для воспроизведения интересующего нас эффекта можно использовать схемы, разработанные для самостоятельного изготовления плазменных светильников). В данной публикации будет изложен альтернативный способ, для тех, кто желает получить сей интереснейший эффект, не обременяя себя сборкой радиотехнических схем и ручной намоткой трансформаторов и катушек.

Для реализации электрографии в домашних условия можно использовать генератор от плазменной лампы (это так называемый "Шар Тесла", продающийся в качестве декоративного светильника). Необходимо осторожно разобрать устройство, не повреждая стеклянную колбу, и отсоединить плату от расположенного внутри сферы электрода.

Фотографирование в опытах Наркевича-Йодко производилось на пластины с фотоэмульсией, Кирлиан создавал фотографии на пленке, положенной между объектом и электродом. При использовании химических фотоматериалов можно обойтись установкой с непрозрачными металлическими пластинами в качестве электродов. Однако гораздо интереснее наблюдать газоразрядный процесс собственными глазами, в режиме реального времени, и фотографировать его на цифровую камеру.

Для этого потребуется самостоятельно собрать прозрачный электрод. Его изготовление несложно: необходимо взять две тонкие пластины стекла (это могут быть, например, стекла от фоторамок) и залить между ними раствор поваренной соли. Вместо стекла можно использовать прозрачный пластик, однако из-за свойственной ему деформации вряд ли удастся получить качественную конструкцию довольно большого размера. Для создания контакта генератора с раствором между прозрачными пластинам закладывается полоска тонкой фольги, к выступающему концу которой подводится провод от трансформатора с платы, извлеченной из плазменной лампы.

Исследуемые и фотографируемые предметы кладутся на прозрачный электрод (предварительно его необходимо протереть, убрав остатки электролита, в противном случае возможно возникновение обжигающих искровых разрядов). Для проявления эффекта объекты следует заземлить. Свечение вокруг помещенных на электрод объектов - как органических, так и не органических возникает уже в том случае, если до них дотронуться, обеспечив контакт с кожей. Однако не стоит использовать собственное тело в качестве заземления - во-первых, это опасно, во-вторых, свечение будет тусклым. В любом случае лучше применять отдельное заземление (такая линия имеется в розетках современных домов, можно также заземляться через батареи отопления; если есть возможность - лучше всего изготовить отдельное заземление, подведя провод к вкопанному в землю стержню, довольно эффективно также использование общего провода платы генератора).

Для удобства наблюдения и фотографирования можно сделать столик с прозрачным электродом в качестве поверхности. Под столиком следует разместить поставленное под углом 45R плоское зеркало - на него будет направляться объектив фотоаппарата.

Наибольший интерес представляет фотографирование металлических предметов (Рис. 1), содержащих на поверхности рельеф (монеты, ювелирные украшения) и растений (Рис. 2). Таким образом можно создавать и своего рода "электрические гравюры" - например, тонкая фольга с нанесенным на нее рельефом позволяет получать довольно интересные картины разрядов (этот способ можно использовать для создания оригинальных эмблем и логотипов).

Опыты показывают, что свечение, возникающее вокруг "неживых" предметов из металла обычно ярче и устойчивее, в то время как помещенные на электрод листья и цветы светятся более тускло, но при этом картина разрядов на их поверхности очень быстро меняется, отображая ход обмена веществ.

Однако прикладывание исследуемых предметов к электроду позволяет запечатлеть только плоские изображения. Для наблюдения объемных картин зарядов необходимо сделать более сложную установку, по устройству напоминающую исходную модель плазменного светильника. Для этого фотографируемый предмет, подключенный тонким проводом к генератору, помещается в прозрачный сосуд, из которого откачивается воздух до создания значительной разреженности. Для герметизации можно использовать резиновые пробки и невозвратные клапаны, большей герметичности позволяет добиться применение силикона. В результате получается некий аналог плазменной лампы, в качестве электрода которой служит растение или другой предмет - в конечном счете, вокруг него и будут возникать разряды, усиливающиеся при поднесении к сосуду рук или металлических предметов. Характер наблюдаемой картины можно менять, внося в сосуд те или иные химические добавки (в изготовленных промышленным способом плазменных шарах используются благородные газы).

Безопасность

Токи высокой частоты обладают особым свойством - разряд такого электричества, произошедший между обмоткой генератора и человеческим телом, не смотря на высокий вольтаж, не вызывает болезненных ощущений - чаще всего возникает лишь слабое чувство жжения. Дело в том, что высокочастотный ток проходит не равномерно по сечению, а преимущественно "стекает" по поверхности проводника - это явление называется скин-эффектом. Однако воздействие тока зависит от условий и обстоятельств - например, сильный удар можно получить, работая влажными руками, опаснее всего одновременный контакт с генератором и заземлением - на время опытов и съемок оператор должен изолироваться от пола, можно использовать сухие кожаные перчатки. С рук должны быть сняты все металлические украшения. Следует также помнить о том, что коронный разряд ионизирует воздух, при длительной работе с газоразрядной установкой образуется большое количество озона, способного оказывать токсический эффект, поэтому после окончания работы необходимо проветривать помещение.

Подобные светильники, как правило, представляют собой стеклянную сферу, внутри которой создана разряженная среда с добавлением благородного газа, в центре сферы находится электрод, к которому подведен высокочастотный ток от размещенного в корпусе генератора.

Оставить комментарий © Copyright Ржевский Станислав Геннадьевич (slavaosin@Yandex.ru) Размещен: 23/01/2017, изменен: 23/01/2017. 14k. Статистика. Статья: Иллюстрации/приложения: 4 шт. Скачать FB2		Ваша оценка:
Аннотация: Теория и практика фотосъемки с использованием "Эффекта Кирлиан".

Ржевский Станислав Геннадьевич : другие произведения.

Газоразрядная визуализация в фотографии