Что такое инверсия: определение в химии и физике, гуманитарных науках и фотошопе, света и цели

Что это такое инверсия: точное определение

Грамотная речь — это показатель культуры и образованности любого человека. При устном выражении своих мыслей люди используют различные приемы, позволяющие наиболее точно передать суть. Зачастую для усиления окраски текста применяется прием перестановки, при этом даже не зная, что такое инверсия. Что это за явление, и только ли в речи она допустима? Попробуем разобраться во всех значениях этого слова.

Значение термина

Википедия не только дает определение данному термину, но и указывает, в каких областях он употребляется. Слово произошло от латинского «inversio», что дословно переводится как «перестановка», «переворачивание».

Если обратиться к Литературной энциклопедии, то цели инверсии — это:

  • нарушить принятый порядок слов при разговоре;
  • добавить пауз, тем самым изменив окраску текста;
  • изменить интонацию.

Помимо перестановки дополнительно может использоваться прием разбивки предложений с помощью вставных слов или целых словосочетаний. Нередко инверсионный прием использовался литературными классиками в художественной прозе, поэзии.

Если говорить о стилистическом смысле, то одни и те же слова предложения, но только после инверсирования, на новом месте, приобретают выразительность (новую окраску). Именно с помощью этого приема удается добиться усиленного интонационного выделения.

Обратите внимание! Вне зависимости от того, об инверсировании какой именно области идет речь, значение слова не меняется. То есть смысл так и остается в перестановке, взаимозамене, смене смысла на противоположный.

Таким образом, в литературе инверсия — это нарушение порядка слов в предложении путем перестановки с целью изменения (усиления) окраски, выделения отдельных слов. Используя данный прием, автор может расставить смысловые акценты, а также заострить внимание слушателя (читателя) на определенной фразе.

Это интересно! Для чего нужна парцелляция, что это такое: конкретные примеры

Применение

В педагогике

Помимо художественной литературы и привычной устной (письменной) речи, инверсия широко применяется в области коррекционной педагогики или специальной психологии. Используется как инверсионная методика, основанная на поиске нескольких решений для одной поставленной творческой задачи.

В педагогике данный метод получил название «методика обращения». Это в разы увеличивает результативность при решении поставленной задачи, так как процесс подразумевает творческий подход. Эффективность обусловлена следующим:

  1. Рассматриваются новые направления решений.
  2. Приветствуется использование как одного, так и нескольких способов одновременно.
  3. Анализ данных производится с учетом нестандартного взгляда на жизнь.

Специалисты, как психологи, так и педагоги, применяют метод для оценки оригинальности и креативности отдельно взятого человека. Способ является поистине универсальным, потому как позволяет не только оценить имеющиеся таланты человека, но и развить их со временем.

По сути, данная методика известна давно и встречается в психологии, педагогике и бизнес-управлении как «мозговой штурм» или «мозговая атака». В каждом отдельно взятом случае креативный подход к решению задачи осуществляется с применением либо логических, либо эвристических методов.

Это интересно! Что такое метонимия в литературе: примеры и способы определения

В точных науках

Помимо устной и письменной речи, художественной литературы и инверсионной методики в педагогике, инверсия нашла применение в точных дисциплинах. Например, в физике, химии, математике, геометрии, информатике.

Само понятие «инверсия» раскрывается в точных науках следующим образом:

Говоря о физике, следует упомянуть инверсию электронных населенностей. Это инверсия света, представляющая собой одну из основ статической механики. Широко используется для описания работы лазерного устройства.

В химии рассматривается гораздо шире:

  • как изменение структуры, положения или формы циклических молекул, вследствие чего происходит изменение положения заместителей в отношении кольца;
  • кардинальная перемена конфигураций молекул, имеющих в структуре 3-валентный пирамидальный атом, на прямо противоположную по строению молекулу;
  • процесс гидролиза сахарозы, сопровождающий перенаправление вращения поляризованного светового луча (т. е. его плоскости) через раствор сахара.

С целью конформного преобразования, что в геометрии встречается при изучении евклидовой плоскости (пространства).

Это интересно! Значение слова гротеск – что это такое в литературе

Применим прием и в информатике. Используется в качестве битовой операции, с помощью которой выполняется переход от 0 к 1 и соответственно от 1 к 0.

Использование в современных науках

Воспользовавшись главным свойством инверсии, а это способность менять одно качество на прямо противоположное, современные умы нашли применение инверсии в компьютерной графике и программах-редакторах по обработке фото- и видеоизображений. Проще говоря, метод стал популярным в таком типе программ, как Фотошоп.

Что такое инверсия в Фотошопе? Это способ акцентировать внимание (выделить) отдельный объект (или участок объекта), а кроме этого, выполнить кардинальную замену выбранных цветов. Итак, существует два типа инверсии, используемой в Фотошопе:

  1. Инверсирование выделения. Inverse применяется для обработки выделенной области. На практике, выделив нужный участок, пользователь может заменить его на невыделенный, таким образом поменяв их местами.
  2. Инверсия цвета. Invert позволяет изменять цвета на прямо противоположные, тем самым меняя яркость всего изображения в целом. При этом степень яркости изображений буде также изменена, причем с использованием 256-шаговой шкалы по значению цветов.

Возьмите на заметку! Для применения Inverse по выделению области необходимо поэтапно выполнить несколько команд, а именно «выделение»→ «модификация»→ «инверсия».

Если в начальном изображении величина пикселя равна 250, то после инверсирования это значение будет изменено на 5. То есть на практике все темные оттенки будут обращены в светлые или наоборот (в зависимости от начального изображения, подвергающегося инверсированию).

Инверсия цвета наиболее любима профессионалами и фотографами-любителями при преобразовании обычного фотоснимка в изображение с эффектом карандашного рисунка. Такой прием позволяет добиться результата, как от настоящей классической графики карандашом или углем.

Использование Invert для преобразования цветов требует поочередно произвести некоторые действия: «изображение»→ «коррекция»→ «инверсия». Обработка изображений подобным способом позволяет сменить цвета, яркость и насыщенность отдельно взятых объектов или всего снимка целиком.

Это интересно! Как определяется и что такое аллегория в художественной литературе

Полезное видео

Подведем итоги

Как можно убедиться, практически нет такой области, где не встречается это явление. Возможно, не все знают данный термин и его значение, но каждый периодически встречается с ним не только в своей профессиональной деятельности, но и в повседневной жизни. Например, все мы сталкивались с таким фактом, как резкие перепады температуры во время восхождения на горные вершины. Или же слышали о таком явлении, как изменившееся магнитное поле Земли. Все это инверсивные процессы.

Инверсия (в химии)

Частота И. зависит от характера заместителей и температуры. См. Стереохимия , Конформационный анализ .

2) Переход конфигурации молекулы, содержащей трёхвалентный «пирамидальный» атом (например, азота или мышьяка), в зеркально противоположную. Так, для молекулы с трёхвалентным азотом формы I и II — антиподы оптические :

где а, b, с — различные атомы или группы атомов. Энергетический барьер И. обычно невысок и зависит от температуры и характера а, b, с . По отношению к атому углерода («тетраэдрический» атом) обычно употребляется термин «обращение конфигурации» (см. Изомерия ).

3) Инверсия сахаров — гидролиз сахарозы (например, свекловичного сахара), сопровождающийся изменением направления вращения плоскости поляризованного луча света раствором сахара. См. Сахара .

  • ИНВЕРСИЯ — Внутрихромосомная структурная перестройка, сопровождающаяся перевертыванием хромосомного и хромотидного сегмента на 180°.

“Инверсия (в химии)” в книгах

24. На службе химии, и не только химии

24. На службе химии, и не только химии Среди микробиологов не так уж много ученых, которые, проявляя интерес к тому, что делают полезные микробы, контролировали бы и направляли их деятельность на пользу человека. С. Я. Ваксман Микробы — продуценты ферментов Мы уже знаем,

24. На службе химии, и не только химии

24. На службе химии, и не только химии Среди микробиологов не так уж много ученых, которые, проявляя интерес к тому, что делают полезные микробы, контролировали бы и направляли их деятельность на пользу человека. С. Я. Ваксман Микробы — продуценты ферментов Мы уже знаем,

Новая инверсия

Новая инверсия Банкротство позднего умеренного авторитаризма означало, что вялая инверсия, попытка общества преодолеть инерцию истории, найти альтернативу за рамками исторически сложившихся циклов оказалась неудачной. Обществу не хватило массовой критической

1. Объект химии. Основные внутренние противоречия развития химии

1. Объект химии. Основные внутренние противоречия развития химии Химия — одна из фундаментальных отраслей знаний. Ее развитию и структуре присущ ряд специфических особенностей. Прежде всего следует отметить тесную связь химии с практикой и производством на всех

1. Объект химии. Основные внутренние противоречия развития химии

1. Объект химии. Основные внутренние противоречия развития химии Химия — одна из фундаментальных отраслей знаний. Ее развитию и структуре присущ ряд специфических особенностей. Прежде всего следует отметить тесную связь химии с практикой и производством на всех

Инверсия (в химии)

ИНВЕРСИЯ

ИНВЕРСИЯ (лат. inversio – переворачивание, перестановка) – в психологии процесс и результат нарушения нормального порядка и последовательности элементов, их перестановка или замена вплоть до противоположных. Феномен И. распространяется на мотивы, установки, желания, реакции,

Инверсия – I

Инверсия – I Данная часть комплекса состоит из классической триады асан, основанных на положении стойки на плечах, с добавлением вариаций и необходимых контр-поз. К ним относятся Халасана («плуг»), Сарвангасана («свечка» или «березка»), Випарита-Карани-Мудра. Каждую

Инверсия – II

Инверсия – II Данная часть последовательности основывается на стойках на голове (Ширшасана) с разными типами опоры руками в качестве строго вертикальной инверсии. Далее она компенсируется упрочением горизонтали посредством самой сильной «позы павлина», где тело

Инверсия – III

Инверсия – III Наконец, мы переходим к той части комплекса, где инверсия и интровертность в равной мере доводятся до своего максимума. Итак, мы возвращаемся к превернутым асанам в стойке на плечах (часть 1), но дополняем закрытие горла перекрытием нижней части при помощи

А. Инверсия

А. Инверсия Поведение инвертированныхЭти лица ведут себя в разных ситуациях различно.А) Они абсолютно инвертированы, т. е. их сексуальный объект может быть только одного с ними пола, и противоположный пол никогда не может у них быть предметом полового желания, а оставляет

«Инверсия».

«Инверсия». Если надо снять головную боль:а) Представь себе головную боль в виде черной птицы, бьющейся внутри головы и пытающейся выбраться наружу. Поменяй ее цвет на белый, а свою голову представь в виде золотой клетки. Открой дверцу! выпусти птицу на волю!б) Осознай

(А) Инверсия

(А) Инверсия Поведение инвертированных Данные люди ведут себя в различных направлениях совершенно по-разному.а) Они абсолютно инвертированы, то есть их сексуальный объект может быть только одного с ними пола, тогда как противоположный пол никогда не бывает для них

А. Инверсия

А. Инверсия Поведение инвертированных Эти лица ведут себя в различных направлениях различно.а) Они абсолютно инвертированы, т. е. их сексуальный объект может быть только одного с ними пола, между тем как противоположный пол никогда не может у них быть предметом полового

О ПРЕПОДАВАНИИ ХИМИИ И ФИЗИКИ (ИЗ ВЫСТУПЛЕНИЯ НА СОВЕЩАНИИ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ ХИМИИ И ФИЗИКИ СРЕДНИХ ШКОЛ ВЗРОСЛЫХ)

О ПРЕПОДАВАНИИ ХИМИИ И ФИЗИКИ (ИЗ ВЫСТУПЛЕНИЯ НА СОВЕЩАНИИ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ ХИМИИ И ФИЗИКИ СРЕДНИХ ШКОЛ ВЗРОСЛЫХ) У нас за последнее время происходили совещания учителей по отдельным дисциплинам. Было совещание по русскому языку и литературе, по математике, по

Связь химии с физикой и другими науками

В построении трансдисциплинарного образа химии особое место занимает ее связь с физикой. Она обсуждались многократно, но по-прежнему признается насыщенной многочисленными проблемами. Видный американский философ химии Э. Сэри, посвятивший свою докторскую диссертацию изучению часто задаваемого вопроса о возможности редуцирования химии к физике, не без юмора отмечает, что его ответом на этот вопрос является ответ “Да и нет” [1] . Рассматриваемый вопрос действительно сложен.

В современной науке господствует глобально-эволюционный подход, согласно которому образование Вселенной началось с Большого взрыва. Час же химии пробил значительно позже, лишь через 10 миллионов лет, то есть после образования звезд, в недрах которых происходило образование атомов химических элементов. Начиналось все с метаморфоз физических частиц. Но если химические объекты являются результатом взаимодействия физических частиц, то не следует ли отсюда, что химия может быть сведена к физике? Вроде бы этот вопрос появился вполне естественно. Как ответить на него?

Следует отметить, что, пытаясь определить соотношение физического со всем остальным миром, философы науки всегда испытывали серьезные трудности. Недоставало то теоретических, то экспериментальных данных. Пристальное внимание привлекла в 1920–1930-х гг. новация знаменитых неопозитивистов О. Нейрата и Р. Карнапа – авторов концепции физикализма. Они считали незыблемым фундаментом всех наук язык физики. Но если это так, то почему не удается свести все науки к физике? Можно ли понять сам переход от физического к нефизическому?

Попыткой ответить на этот вопрос стало диалектико-материалистическое учение Ф. Энгельса о многообразии форм движения материи. Материи приписывается атрибут развития. Поскольку материя развивается, то она проходит ряд ступеней своего созревания. Развитие сопровождается качественными скачками. Физические процессы порождают химические явления. Но действительно ли они отделяются от физических процессов? На этот вопрос нет ответа.

По сравнению с теорией развития физических процессов в современной философии науки значительно более популярна теория супервениенции (от лат. super – дополнительно и venire – появляться). Теория супервениенции была впервые предложена английским этиком Дж. Муром. Она, отрицая качественные скачки, призвана объяснить непрерывность возникновения нового, в частности химических явлений. К сожалению, теория супервениенции при всей ее внешней привлекательности немногое дает для решения вопроса о различении физики и химии. И понятно почему: она не учитывает концептуальное устройство химии.

К этому следует добавить, что физикализм опровергается от имени этики значительно легче, чем от имени химии. Этик имеет возможность сослаться на творческие способности человека, позволяющие ему изобретать социальные ценности, не находящиеся в причинно-следственных отношениях с физическими явлениями.

Вернемся непосредственно к химии. Здесь приходится иметь дело с самой природой. Она не изобретена людьми. Сходство и различие физического и химического необходимо объяснить особенностями самого природного материала. Как это сделать? – вот в чем вопрос. На этот счет весьма интересные идеи сформулировал английский философ Р. Хендри [2] . Он руководствуется тезисом о незамкнутости, незаконченности физики.

Если бы физика была замкнутой наукой, то ее можно было бы представить как конечную систему предложений. В таком случае вопрос о возможности сведения химии к физике решался бы относительно просто.

Допустим, рассматривается статус аналитической химии. Было бы достаточно “применить” к ней избранную замкнутую физическую теорию, например квантовую механику, чтобы выяснить, действительно ли аналитическая химия сводится к квантовой механике как физической теории. Но квантовая механика является незамкнутой наукой, физики не представляют ее в форме законченного набора предложений. С учетом этого обстоятельства сравним квантовую механику как физическую теорию с квантовой химией. Обе теории незамкнуты, причем по-разному. Учет этого обстоятельства приводит к выводу о нередуцируемости квантовой химии к квантовой механике. Развивая тезис о незамкнутости физических и химических теорий, Хендри указывает на неординарность аппроксимаций, которые, как известно, могут проводиться неоднозначным образом.

Соглашаясь с ним, автор интерпретирует незамкнутость теорий с позиций внутритеоретической трансдукции. Вышеупомянутая неоднозначность относится, пожалуй, к каждому этапу трансдукции. Действительно, уже при записи уравнения Шрёдингера формула для гамильтониана не задается единственным образом, а избирается после целого ряда дополнительных рассуждений. Это обстоятельство специально отмечается Р. Хендри. Впрочем, по мнению автора, его анализ был бы более полным, если бы он рассмотрел также принцип волновой функции. На первый взгляд, этот принцип является общим для квантовой механики и квантовой химии. Лишь при переходе к уравнению Шрёдингера проявляется незамкнутость двух рассматриваемых теорий.

Равносильность физического и химического принципа волновой функции можно поставить под сомнение, учитывая разные пути его реализации в квантовой механике и квантовой химии. Поскольку эти пути действительно различны, постольку и принципы, служащие их исходным началом, также различны. Видимо, этот аргумент безупречен. Но, надо полагать, нет и оснований для отказа от представления о единственности принципа волновой функции. Неужели принципов волновой функции существует столько, сколько существует квантовых теорий? Трудный вопрос. Чтобы ответить на него, рассмотрим статус принципа волновой функции.

Читайте также:  Список самых больших государств мира по площади: крупнейшие страны мира и Европы

Крайне важно подчеркнуть, что этот принцип стоит во главе как квантовой физики, так и квантовой химии, но в каждой из них он реализуется по-разному. Отсюда следует довольно неожиданный вывод: принцип волновой функции плюралистичен. Если же содержание принципа волновой функции интерпретируется как нечто единственное, то неизбежно переходят от содержательных представлений к поверхностным. В таком случае определение “состояние физической или химической системы описывается волновой функцией” имеет всего лишь словесный характер, то есть оно является именем, краткой записью для целого ряда содержательных представлений, реализующихся в совокупности квантовых физических и химических наук. Это обстоятельство обычно не учитывается ни физиками, ни химиками. Видимо, сказывается слабость в физике и химии плюралистических представлений. А между тем от них не следует уклоняться. Современная физика и химия стоят перед плюралистическим вызовом. Пока это не осознается в полной мере.

Итак, имеется совокупность как физических, так и химических наук, которые, на первый взгляд, руководствуются одним и тем же принципом. Но при ближайшем рассмотрении выясняется, что в действительности есть ряд принципов, которые обладают семейным сходством. Концепт семейного сходства ввел в философию Л. Витгенштейн. Он его использовал для описания языковых игр. По мнению автора, в случае анализа квантовых физических и химических теорий концепт семейного сходства довольно уместен. Действительно, речь идет о сходстве, но никак не о тождественности. У физических и химических теорий нет семейного сходства, например, с экономическими теориями, для которых характерен не принцип волновой функции, а принцип максимизации ожидаемой полезности.

Итак, физические и химические теории обладают семейным сходством. В определенном отношении они очень близки друг к другу, но между ними существует и различие, причем это различие неустранимо: члены одной и той же семьи отличаются друг от друга, ибо каждый из них самостоятелен. Теперь понятны трудности, с которыми встретились как сторонники редуцирования химии к физике, так и их решительные оппоненты. Одна из спорящих сторон абсолютизировала схожесть физических и химических теорий, а другая их различие. Два рассматриваемых семейства теорий схожи, но не одинаковы, различны, но не чужды друг другу. После многочисленных успехов квантовой химии антиредукционисты попали в затруднительное положение. Эти успехи многими были восприняты как свидетельство в пользу возможности сведения химии к физике. Иначе трудно объяснить плодотворность в химии квантовых представлений, явно инициированных успехами квантовой физики.

Но не было ясности и у тех, кто считал сведение химии к физике уже решенным делом. И им было очевидно, что различие химических и физических теорий не преодолено даже после эффектных достижений квантовой химии. Весьма показательна в этом отношении позиция такого авторитетного философа химии, как Э. Сэрри, который критически относится к антиредукционистам. Однако встать решительно на позиции редукционистов он не решается. Но в таком случае необходимо как-то объяснить, почему именно не удается свести химию к физике. Сэрри нашел выход из затруднительного положения. Состоит он в апелляции к двусмысленности редукции. Согласно его логике нельзя признать редукцию химии к физике лишенной двусмысленности в силу проблемного характера самой квантовой физики (принципы Паули и Хунда [3] вводятся автономно от постулата волновой функции, не преодолен корпускулярноволновой дуализм, отсутствует строгое теоретическое объяснение процесса возникновения атомов и молекул) [4] . Позицию, занимаемую им с 1999 г. [5] , можно суммировать следующим образом: эпистемологическое сведение химии к физике возможно, но пока оно не случилось.

По мнению автора, концептуальная позиция Сэрри неубедительна постольку, поскольку она не учитывает подлинные уроки квантовой химии. Проблемный характер квантовой механики, конечно же, следует иметь в виду. Но вряд ли он когда- либо будет окончательно преодолен. К возможности редукции химии к физике проблемность квантовой механики имеет косвенное отношение.

Значительно более существенное значение в вопросе о возможности редукции химии к физике имеет плюрализм квантовых теорий. Именно об этом свидетельствуют успехи квантовой химии. В свете этого плюрализма, а он набирает темпы, химия никогда не будет сведена к физике. Впрочем, это совсем не означает, что химия отстоит от физики на значительное концептуальное расстояние. Все обстоит как раз наоборот. В концептуальном отношении физика и химия – родные сестры. Подобно тому, как правая рука не может стать левой, химия не в состоянии превратиться в физику.

Термины “физика” и “химия” приобрели в различных языках ярко выраженный нормативный характер. Можно быть уверенным, что научное сообщество не откажется от их использования. Вряд ли оно воспримет спокойно какой-либо термин, например “физико-химическая наука”, который призван заменить собой и “физику” и “химию”.

Выше основное внимание было уделено работам зарубежных авторов. Что касается отечественных авторов советского периода, то они, опираясь на учение о формах движения материи, в основном защищали тезис о несводимости химии к физике [6] . Отход от диалектико-материалистической схематики сопровождался более взвешенными оценками взаимоотношения физики и химии [7] . В указанном отношении, пожалуй, наиболее значимыми оказались работы А. А. Печёнкина. Его позиция такова: “Благодаря развитию системных представлений химия как бы “убегает” от физикализации: на каждый новый шаг по физикализации химии химики реагируют новыми системными химическими идеями, еще не оформленными в физических понятиях и не имеющими твердой физической основы” [8] . Как видим, речь идет еще об одной теоретической позиции.

По мнению автора, термин “физикализация химии” спорен. Вполне правомерно подчеркивать междисциплинарные связи физики и химии, в силу которых они влияют друг на друга. Учитывая это обстоятельство, можно рассуждать не только о физикализации химии, но и о химизации физики (вспомним, в частности, о ядерной химии, о синтезе веществ, привлекающих внимание физиков, в том числе и тех из них, которые изучают наноявления). Строго говоря, термины “физикализация химии” и “химизация физики” неудачны. Они наводят на мысль, что происходит внедрение физики и химии друг в друга. Но для них характерны разные принципы, аппроксимации, модели, эксперименты и т.д. Внедрение физики в химию непременно приведет к развалу последней. Химия отторгает чуждые ей ткани. Что действительно происходит, так это рост концептуальной рафинированности как химии, так и физики. Но при этом обе они сохраняют свою специфику. Итак, по поводу возможности сведения химии к физике существуют разные концепции.

Шесть концепций взаимосвязи химии с физикой

  • • Антиредукционистская позиция: химия, являясь наукой специфического уровня бытия, принципиально отличается от физики и, следовательно, не может быть сведена к ней (Й. Шуммер, Н. Псарос, Я. ван Бракель) [9] .
  • • Физикалистская позиция: химия – это физика, она не является самостоятельной позицией (К. Поппер, П. Суппес) [10] .
  • • Химия в будущем, видимо, будет сведена к физике, но пока это не случилось (Э. Сэрри).
  • • Химия несводима к физике, ибо обе они являются незамкнутыми, незаконченными системами, которые реализуются неодинаковым образом (Р. Хендри).
  • • Происходит физикализация химии, но она всегда не поспевает за ее концептуальными новациями (А. А. Печёнкин).
  • • Физические концепции, с одной стороны, и химические теории, с другой стороны, обладают семейным сходством.

Разумеется, химия связана не только с физикой. Выше неоднократно отмечался трансдисциплинарный характер химии (см. параграф 11.4.). Аргументы на этот счет множились, пора подвести определенные итоги. Крайне важно понимать, что междисциплинарные связи химии не являются чем-то однородным, и, следовательно, необходимо учитывать их специфику.

Химия и математика. Математика относится к области формальных дисциплин. Для химика математика является образцом формальной строгости. Она нужна ему для выяснения формального устройства самой химии. Таким образом, по отношению к химии математика выступает парадигмальным образцом формальной строгости.

Химия и компьютерные науки. Соотношение компьютерных наук с химией очень напоминает соотношение с ней математики, которое, впрочем, облачено в технические одежды. Следует учитывать, что речь идет не просто о формальной, а о формальнотехнической строгости.

Химия и геология. Здесь имеет место супервенциальная связь. Напомним, что эта связь состоит в том, что изменения в одной области непременно сопровождаются изменениями в другой сфере. Если, например, обратиться к химико-плотностной дифференциации вещества, происходящей в недрах Земли, то мы как раз и обнаружим такие связи. Геологические процессы, при всей их специфике, следуют за химическими процессами.

Химия и биология. По мнению автора, и для так называемых биохимических процессов характерна супервенциальная связь. Вспомним в связи с этим, например, многозвенный процесс синтеза белков. Каждый этап этого процесса описывается некоторой химической структурной формулой. Поэтому создается впечатление, что налицо всего лишь химический процесс. Но если в синтезе белков видеть переход от генотипа к фенотипу, то очевидно, что речь идет о биологическом процессе. Можно сказать, что биологические параметры следуют за химическими. Причем связь эта естественная. Но в случае применения медицинских препаратов она становится искусственной, ибо человек вмешивается в естественный ход процессов.

Химия и технические науки. И в этом случае налицо искусственная супервенциальная связь. Но она не опосредуется, как в случае с медициной, биологией. К тому же имеет место определенное ценностное вменение: ценности технических наук вменяются химическим признакам.

Химия и искусствоведческие науки. Супервенциальные связи здесь не выступают в таком ярком виде, как в технических нау

ках, они явно слабеют. На первый план начинают выходить отношения ценностного вменения.

Химия и социальные науки. В этом случае на первое место водворяются именно отношения ценностного вменения. Химические признаки и процессы рассматриваются в качестве носителей социальных ценностей.

Итак, междисциплинарные связи химии с другими науками не являются однородными. Речь должна идти о целом спектре этих отношений. Представим их в виде табл. 13.3.

Таблица 13.3. Трансдисциплинарные связи химии

Физика цвета

Всю жизнь мы окружены невероятным буйством цветов. В отличие от большинства млекопитающих, люди воспринимают мир в виде красочных картин. Мы сталкиваемся с цветом каждый день, он приобрел для нас большое значение и играет важную роль в повседневных делах. Но что такое цвет? Как он образуется и почему мы видим его? На эти и другие вопросы я постараюсь ответить в своей статье.

Что такое свет и цвет

Поскольку цвет — это способность объектов отражать или излучать световые волны отдельной части спектра, начнем с определения того, что же такое свет.

С древних времен люди пытались понять природу света. Так, например, древнегреческий философ Пифагор сформулировал теорию света, в которой утверждал, что непосредственно из глаз испускаются прямолинейные лучи видимого света, которые, попадая на объект и ощупывая его, дают людям возможность видеть. Согласно Эмпедоклу, богиня любви Афродита поместила в наши глаза четыре элемента — огонь, воду, воздух и землю. Именно свет внутреннего огня, считал философ, помогает людям видеть объекты материального мира. Платон же предполагал, что существуют две формы света — внутренняя (огонь в глазах) и внешняя (свет внешнего мира) — и их смешение дает людям зрение.

По мере изобретения и развития различных оптических приборов представления о свете развивались и трансформировались. Так в конце XVII века возникли две основные теории света — корпускулярная теория Ньютона и волновая теория Гюйгенса.

Согласно корпускулярной теории, свет представлялся в виде потока частиц (корпускул), излучаемых светящимся объектом. Ньютон считал, что движение световых частиц подчинено законам механики, то есть, например, отражение света понималось как отражение упругого мячика от поверхности. Преломление света ученый объяснял изменением скорости световых частиц при переходе между разными средами.

В волновой теории, в отличие от корпускулярной, свет рассматривался как волновой процесс, подобно механическим волнам. В основе теории лежит принцип Гюйгенса, по которому каждая точка, до которой доходит световая волна, становится центром вторичных волн. Теория Гюйгенса позволила объяснить такие световые явления, как отражение и преломление.

Таким образом, весь XVIII век стал веком борьбы двух теорий света. В первой трети XIX века, однако, корпускулярная теория Ньютона была отвергнута и восторжествовала волновая теория.

Важным открытием XIX века стала выдвинутая английским ученым Максвеллом электромагнитная теория света. Исследования привели его к выводу, что в природе должны существовать электромагнитные волны, скорость которых достигает скорости света в безвоздушном пространстве. Ученый считал, что световые волны имеют ту же природу, что и волны, возникающие вокруг провода с переменным электрическим током, и отличаются друг от друга лишь длиной.

В 1900 году Макс Планк выдвинул новую квантовую теорию света, согласно которой, свет является потоком определенных и неделимых порций энергии (кванты, фотоны). Развитая Эйнштейном, квантовая теория смогла объяснить не только фотоэлектрический эффект, но и закономерности химического действия света и ряд других явлений.

В настоящее время в науке преобладает корпускулярно-волновой дуализм, то есть свету приписывается двойственная природа. Так при распространении света проявляются его волновые свойства, в то время как при его испускании и поглощении — квантовые.

Но как из света получается цвет? В 1676 году Исаак Ньютон с помощью трёхгранной призмы разложил белый солнечный свет на цветовой спектр, который содержал все цвета кроме пурпурного. Ученый проводил свой опыт следующим образом: белый солнечный свет проходил сквозь узкую щель и пропускался через призму, после чего направлялся на экран, где возникало изображение спектра. Непрерывная цветная полоса начиналась с красного и через оранжевый, желтый, зеленый и синий заканчивалась фиолетовым. Если же это изображение пропускалось через собирающую линзу, то на выходе вновь получался белый свет. Таким образом, Ньютон открыл, что белый свет — это комбинация всех цветов.

Любопытным было и следующее наблюдение: если из цветового спектра убрать один из цветов, например, зеленый, а остальные пропустить через собирающую линзу, то полученный в итоге цвет окажется красным — дополнительным к удаленному цвету.

По сути, каждый цвет создается электромагнитными волнами определенной длины. Человеческий глаз способен видеть цвета с длиной волны в диапазоне от 400 до 700 миллимикрон, где наименьшая длина волны соответствует фиолетовому цвету, а наибольшая — красному. Поскольку каждый цвет спектра характеризуется своей длиной волны, то он может быть точно задан длиной волны или частотой колебаний. Сами по себе световые волны бесцветны, цвет возникает лишь при восприятии волн человеческим глазом и мозгом. Однако механизм, по которому мы распознаем эти волны, до сих пор неизвестен.

Что касается цвета предметов, то он возникает, фактически, в процессе поглощения световых волн. То есть, если мы видим, что предмет зеленого цвета, по сути, это означает, что молекулярный состав его поверхности таков, что он поглощает все волны, кроме зеленых. Сами по себе предметы не имеют никакого цвета и обретают его лишь при освещении.

История теории цвета

Одна из первых известных теорий цвета была изложена в трактате «О цвете», написанном в древней Греции. В нем утверждается, что все цвета существуют в спектре между светом и тьмой, а четыре основные цвета происходят из основных стихий: огня, воды, воздуха и земли. Несмотря на наивность и ошибочность взглядов, трактат содержал ряд важных наблюдений, например, о том, что тьма — это отсутствие света, а не цвет.

В 1704 году Исаак Ньютон опубликовал первое издание «Оптики», в котором впервые разложил цветовой спектр по кругу. Это положило начало традиции применения геометрических фигур для изображения цветовых моделей. Так как Ньютон открыл, что соотношение первого и последнего цветов в спектре приблизительно равно 1:2, то есть как в музыкальной октаве, имеющей семь интервалов, количество основных цветов в круге он выбрал по аналогии, разделив круг на семь неравных сегментов в зависимости от интенсивности цвета в спектре.

Читайте также:  Сколько органов чувств у человека: их виды и функции, строение анализаторов, необычные способности организма

В 1810 году немецкий поэт, мыслитель и ученый Вольфганг фон Гёте издал свою книгу «Теория цвета», которую посвятил восприятию цвета человеком. Он провел множество экспериментов, в которых измерял реакцию глаза на определенные цвета. Гёте создал, пожалуй, самый известный цветовой круг, на котором расположил три основных цвета — красный, синий и желтый — и три дополнительных, созданных из основных — оранжевый, зеленый и фиолетовый. Гёте полагал, что из основных цветов можно составить все остальные цвета.

Пытаясь создать единую цветовую систему художники начали изображать цветовой спектр в виде объемных фигур. Отличным примером могут послужить цветовые треугольники Тобиаса Майера, которые он опубликовал в своей книге «Комментарий о родстве цветов» в 1775 году. Он расположил в углах треугольника традиционные основные цвета — красный, желтый и синий — и заполнил внутреннее пространство, смешивая противоположные оттенки. Для создания объема он добавил измерение яркости цвета, располагая треугольники разной яркости друг над другом. Таким образом, конкретный цвет стал определяться положением в трехмерном пространстве, что используется и сегодня.

В 1810 году свою теорию цвета издал немецкий художник Филипп Отто Рунге. К основным цветам он причислил белый и черный, расположив их на полюсах своей цветовой сферы, между которыми разместились цветовые пояса. К сожалению, сфера не делала различия между яркостью и насыщенностью цвета и в результате представляла лишь небольшой градиент по интенсивности цвета. Тем не менее, его цветовая сфера послужила основой для последующих цветовых моделей.

В 1839 году французский химик Мишель Эжен Шеврёль представил свою цветовую полусферу. Оттенки для своей модели он выбирал визуально, а не на основе количественного соотношения цветов в них. Для проверки правильности выбора дополнительных цветов в своей модели Шеврёль использовал метод остаточного изображения: если человек будет долго смотреть на зеленый квадрат, а затем переведет взгляд на белую стену, то он увидит красный цвет. Это происходит из-за того, что зеленые рецепторы в сетчатке глаза устают и им требуется дополнительный к зеленому цвет для равновесия.

В начале XX века американский художник Альберт Генри Манселл создал одну из наиболее значимых в истории цветовых моделей, так называемое цветовое дерево Манселла. Основная особенность этой модели заключается в том, что Манселл по-новому обозначил пространственные координаты: оттенок определял тип цвета (красный, синий, желтый), значение определяло яркость (наличие белого в цвете) и цветность отвечала за насыщенность цвета (его чистоту). Эти обозначения используются и сегодня в цветовой модели HSV.

В настоящее время в дизайне, живописи и архитектуре широко используется цветовой круг швейцарского художника и педагога Иоханнеса Иттена. В его 12-частном круге изображена наиболее распространенная система распределения цветов и их взаимодействия. Иттен выделил основные цвета (синий, красный и желтый), вторичные цвета, получаемые при смешении основных (оранжевый, зеленый и фиолетовый) и третичные цвета, которые образуются при смешении вторичного цвета с основным.

Цветовые модели

Цветовая модель — это изображение цветового спектра в виде объемной фигуры. Поскольку большинство современных цветовых моделей имеют три измерения (как например модель RGB), то они могут быть изображены в виде трехмерных фигур.

По принципу действия цветовые модели бывают субтрактивными и аддитивными, они описывают поведение цвета в разных средах. Аддитивные модели (RGB) основаны на сложении цветов и характеризуются тем, что соединяя разные оттенки света, в результате получится белый свет. В основе субтрактивных моделей (CMYK) лежит принцип вычитания, характерный для пигментов, при смешении которых образуется черный цвет. Так, например, в принтерах используются краски трех цветов — голубой, пурпурный и желтый — из которых смешивается приемлемое количество цветов. Черный цвет зачастую используется в целях экономии, так как не может быть эффективно получен из трех красок. В цифровых же устройствах, воспроизводящих изображение с помощью света, используется три основных цвета на пиксель — красный, зеленый и синий. Хотя обе эти модели основаны на разных цветах, дополняющие цвета у них одинаковые.

Для корректной цветопередачи важно использовать правильную цветовую модель. При подготовке макета для печати предпочтительной будет модель CMYK, что сократит искажения цвета и конечный результат будет максимально близок к оригинальному изображению.

RGB — цветовая модель, которая имеет три измерения: красное, зеленое и синее. Ее зачастую изображают в виде куба с красным, зеленым и синим цветами на осях x, y и z. Определяя конкретный цвет, мы задаем его координаты в трехмерном пространстве RGB, где 0% каждого цвета дадут черный, а 100% каждого из основных цветов дадут белый цвет.

HSV (HSB) — цветовая модель, которая перераспределяет основные цвета RGB модели в виде цилиндра. Эта модель имеет такие же измерения, как в цветовом дереве Манселла:

  1. Оттенок (hue) — измерение, расположенное по окружности, где 0° дает красный цвет, 120° — зеленый и 240° — синий цвет.
  2. Насыщенность (saturation) — отвечает за количество цвета, при этом 100% насыщенности даст самый чистый цвет, а 0% уйдет в шкалу серого.
  3. Яркость (value или brightness) — отвечает за наличие белого в цвете. При этом 0% яркости даст черный цвет, а при 100% яркости цвет будет максимально ярким.

Следует учесть, что измерения в модели HSV взаимозависимы. То есть, если, например, яркость выставлена на 0%, то насыщенность и оттенок не будут иметь значения, так как 0% яркости дает черный цвет.

HSL — цилиндрическая цветовая модель, похожая на HSV, но вместо яркости третье измерение в ней отвечает за светлоту цвета (количество белого).

  1. Оттенок (hue) — так же как в модели HSV определяет положение цвета по окружности.
  2. Насыщенность (saturation) — также отвечает за чистоту цвета
  3. Светлота (lightness) — отвечает за количество белого в цвете. 100% светлоты дают белый цвет, 0% — черный, а 50% — наиболее чистый насыщенный цвет.

LAB — обладает самым широким цветовым диапазоном (охватом) за счет того, что в ней, хоть и не явно, используются не три, а четыре базовых цвета. Эта модель состоит из трех каналов:

  1. L (lightness) — светлота, устанавливает координаты света (100) и тени (0)
  2. a — спектр от зеленого через серый к пурпурному
  3. b — спектр от синего через серый к желтому.

Параметры a и b имеют по 256 значений от -128 до 127. При этом их отрицательные значения соответствуют холодным цветам, а положительные — теплым. Нулевые значения каналов a и b дают ахроматическую гамму

CMYK — четырехмерная цветовая модель, используемая в печатном деле. На печати используют всего четыре цвета для получения других цветов: голубой, пурпурный, желтый и черный. Каждое из чисел, которые определяют CMYK цвет, представляет собой процент содержания каждой краски в определенном цвете.

В графических редакторах зачастую можно встретить настройки цвета по нескольким цветовым моделям. Так, например, в Adobe Photoshop можно настраивать цвет по моделям RGB, HSB, CMYK и LAB. Изменение параметров в одной из них влечет к изменению показателей в других моделях.

Приложение Colorizer позволяет настроить цвет по всем выше описанным моделям и нескольким дополнительным. При этом так же как в Photoshop легко проследить взаимосвязь всех цветовых моделей. К тому же Colorizer предоставляет целый набор гармоничных сочетаний с выбранным цветом: комплиментарные цвета, триадные, аналогичные и другие сочетания цветов.

Цветовой охват и цветовые пространства

Поскольку работа дизайнера напрямую связана с цветами, рано или поздно каждый сталкивается с вопросом их воспроизведения. Цвета могут искажаться при загрузке изображения в интернет, при печати или отображении на другом устройстве. Почему же это происходит?

Причина в цветовом охвате. Дело в том, что каждое устройство способно воспроизвести определенный набор цветов, и у разных устройств эти наборы могут сильно разниться. Цвета, которые выходят за пределы общего охвата, на разных устройствах будут отображаться по-разному. Так, например, монитор может отобразить часть цветов, которые отсутствуют в цветовом охвате принтера, что приведет к некоторому искажению при печати. Кроме того, у однотипных устройств цветовой охват может сильно отличаться, то есть один и тот же цвет не будет выглядеть одинаково на разных мониторах.

Проще и удобнее всего сравнить цветовой охват устройства с набором карандашей: у одних устройств это большие богатые наборы со множеством оттенков, у других — скромные наборы, состоящие из базовых цветов. Если в наборе нет нужного оттенка, он заменяется на тот, который доступен, изменяя итоговое изображение. Так же и с цветовым охватом: если устройство не способно воспроизвести определенный цвет, то он заменяется на ближайший доступный. Отсюда и искажения.

Для того, чтобы прояснить работу с цветом, были придуманы абстрактные, не привязанные к конкретному устройству, цветовые пространства. Существует три наиболее распространенных цветовых пространства: sRGB, Adobe RGB 1998 и ProPhoto RGB.

sRGB является самым часто используемым пространством. Оно довольно узкое (покрывает всего 35% видимых цветов), благодаря чему практически любой монитор может воспроизвести все его цвета без искажений. Именно поэтому при создании цифрового дизайна рекомендуется использовать именно sRGB пространство, так как конечный интерфейс будет отображаться корректно у максимального количества пользователей. Однако, с другой стороны, узость sRGB пространства приводит к тому, что его не достаточно для корректной цветопередачи при печати.

Пространство Adobe RGB 1998 было разработано компанией Adobe для того, чтобы покрыть большее количество цветов, достижимых на принтере CMYK, но используя первичные цвета RGB на цифровых устройствах. Оно шире чем, sRGB (покрывает примерно половину всех видимых цветов) и хорошо приспособлено для подготовки изображений для печати. Но стоит учитывать тот факт, что не многие мониторы способны воспроизвести цвета этого пространства.

Охват пространства ProPhoto RGB настолько велик, что включает цвета, которые человеческий глаз не способен воспринять, то есть оно выходит за рамки видимых цветов. Это цветовое пространство было разработано компанией Kodak и предназначено для использования в фотографии.

Теория цветности

Приветствуем любителей красок! Се­год­ня мы по­го­во­рим про теорию цвет­нос­ти. А именно про то, как раз­ви­ва­лись пред­с­тав­ле­ния че­ло­ве­чест­ва на этот счёт. Ка­ко­вы фи­зи­чес­кие свойст­ва света. Чем обус­лов­ле­на окраска хи­ми­чес­ких эле­мен­тов. А так же то, как взаимо­свя­за­ны цвет со светом. И чтобы вы могли не сом­не­вать­ся в ре­ле­вант­нос­ти пред­с­тав­лен­ной ин­фор­ма­ции, она будет под­креп­ле­на ссыл­ка­ми на на­уч­ные ис­сле­до­ва­ния. Но для более глу­бо­ко­го изу­че­ния воп­ро­са мы ре­ко­мен­ду­ем, прежде всего, об­ра­тить­ся к учеб­ни­ку Б. И. Сте­па­но­ва «Вве­де­ние в химию и тех­но­ло­гию ор­га­ни­чес­ких кра­си­те­лей». После чего можно не­пос­ред­с­т­вен­но оз­на­ко­мить­ся с ис­сле­до­ва­ни­я­ми, на ко­то­рые мы ссы­ла­ем­ся ни­же.

Что такое цвет? Это ха­рак­те­рис­ти­ка электро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния в ди­а­па­зо­не длины волн 400–780нм [1]. То есть цвет яв­ля­ет­ся ха­рак­те­рис­ти­кой света [2]. При этом цветом могут об­ла­дать, как ос­ве­ща­ю­щие объекты, так и ос­ве­ща­е­мые [3]. Цвет ос­ве­ща­ю­щих объектов зависит от тем­пе­ра­ту­ры, а цвет ос­ве­ща­е­мых объ­ек­тов от ос­ве­ща­ю­ще­го света и спо­соб­нос­ти ос­ве­ща­е­мо­го объекта пог­ло­щать и от­ра­жать свет [4]. В свою очередь, ис­пу­щен­ный или от­ра­жён­ный свет по­па­да­ет на сет­чат­ку глаза и человек видит тот или иной цвет. Что за­ви­сит от ин­тен­сив­нос­ти из­лу­че­ния электро­маг­нит­ных волн ви­ди­мо­го спектра оп­ре­де­лён­ной длины [5]. Но это только в об­щем ви­де!

Современная же физическая теория цветности плотно свя­за­на, как с фи­зи­кой эле­мен­тар­ных час­тиц, так и с те­о­рией от­но­си­тель­нос­ти Эйн­штей­на. Пос­коль­ку спо­соб­ность молекул из­би­ра­тель­но пог­ло­щать световые лучи оп­ре­де­лён­ной длины обус­лов­ле­на кван­то­ван­нос­тью внут­рен­ней энер­гии молекул [6]. А ско­рость света зависит от хи­ми­чес­ких свойств объекта [4]. Что по-рус­ски и под­роб­нее мы рас­смот­рим ниже. А сейчас да­вай­те оз­на­ко­мим­ся с тем, как всё это выг­ля­дит в общих чертах, с по­мо­щью ин­фо­гра­фи­ки. После чего пе­рей­дём к ис­то­рии раз­ви­тия пред­с­тав­ле­ний о теории цвет­нос­ти. Потому что легче всего понять сов­ре­мен­ные на­уч­ные пред­с­тав­ле­ния, прос­ле­див за их ис­то­ри­чес­ким ста­нов­ле­ни­ем.

Физика цвета

Становление теории и практики

Развитие теории света и понимание природы цвета берёт свои корни в древ­нос­ти. Но только Иса­аку Нью­то­ну пред­с­то­я­ло всё это офор­мить в виде нас­то­я­щей на­уч­ной теории [4]. Хотя ещё в 1665 году Ро­берт Гук пред­по­ла­га­ет вол­но­вую природу света [3]. И, тем не ме­нее, только в 1704 году вы­хо­дит трак­тат Нью­то­на «Оп­ти­ка, или Трак­тат об от­ра­же­ни­ях, пре­лом­ле­ни­ях, из­ги­ба­ни­ях и цве­тах све­та». В ко­то­ром он ак­ку­му­ли­ру­ет теорию света и выд­ви­га­ет ги­по­те­зу «фо­то­нов». То есть по Нью­то­ну свет сос­то­ит из эле­мен­тар­ных частиц. Что входит в не­ко­то­рое про­ти­во­ре­чие с ги­по­те­зой Гука. Ус­тра­нить которое уда­лось уже совсем дру­гим учё­ным и в совсем дру­гую эпоху. Самым же из­вест­ным вы­во­дом Нью­то­на яв­ля­ет­ся со­дер­жа­ние всех цветов в бе­лом цве­те [3].

В 1831 году Майкл Фарадей установил факт из­лу­че­ния маг­нит­но­го поля за­ря­жен­ны­ми час­ти­ца­ми. Но только экс­пе­ри­мен­ты Макс­вел­ла 1865 года поз­во­ли­ли ус­та­но­вить, что свет яв­ля­ет­ся частью электро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния [3]. На ос­но­ва­нии чего, уже в начале XX века, Эйн­штейн и Планк выводят своё зна­ме­ни­тое урав­не­ние ​ ( E=hv ) ​. Но к нему мы вер­нём­ся не­мно­го позже. Пос­коль­ку этому ве­ли­ко­му фи­зи­чес­ко­му от­кры­тию пред­шест­во­ва­ла череда ве­ли­ких от­кры­тий в химии. Так, в начале XIX века Джон Даль­тон выводит на­уч­ную кон­цеп­цию атома [7]. На ос­но­ва­нии чего Дмит­рий Ива­но­вич Мен­де­ле­ев раз­ра­ба­ты­ва­ет таб­ли­цу, зна­ко­мую каж­до­му школь­ни­ку.

В 1914 Генри Мозли демонстрирует взаимо­связь атом­но­го номера и ко­ли­чест­ва про­то­нов в ядре. А зна­чит, атом­ная масса вто­рич­на. Решает ко­ли­чест­во про­то­нов! На ос­но­ва­нии чего Фре­де­рик Сод­ди пре­ду­га­ды­ва­ет су­щест­во­ва­ние изо­то­пов. И только в 1932 году, с от­кры­ти­ем ней­тро­нов, изотопы «ста­но­вят­ся ре­аль­нос­тью» [3]. После чего, бла­го­да­ря ра­бо­там ве­ли­ких хи­ми­ков XX века, таким как Валь­тер Кос­сель, Ир­винг Ленг­мюр, Гиль­берт Льюис и Лай­нус По­линг, сфор­ми­ро­ва­лась сов­ре­мен­ное по­ни­ма­ние хи­ми­чес­ких связей. Что же ка­са­ет­ся теории цвет­нос­ти, то в её ста­нов­ле­нии нель­зя не от­ме­тить От­то Вит­те, Арм­с­трон­га и Нец­ко­го, По­рай-Ко­ши­цу и Из­ма­иль­с­ко­го.

Отто Витта был ос­но­во­по­лож­ни­ком хро­мо­фор­но-аук­со­хром­ной теории цвет­нос­ти. Суть ко­то­рой зак­лю­ча­ет­ся в том, что окрас­ка ор­га­ни­чес­ких ве­ществ обус­лов­ле­на при­сут­с­т­ви­ем в их мо­ле­ку­лах хро­мо­фо­ров. То есть цве­то­но­си­те­лей. Арм­с­т­ронг и Нец­кий были ос­но­во­по­лож­ни­ка­ми хи­но­ид­ной те­о­рии цвет­нос­ти, ут­вер­ж­да­ю­щей, что все ок­ра­шен­ные хи­ми­чес­кие со­е­ди­не­ния имеют хи­но­ид­ное стро­е­ние. И вот в ре­зуль­та­те спора сто­рон­ни­ков этих двух те­о­рий, в итоге, ро­ди­лась элек­трон­ная теория цвет­нос­ти. На­и­боль­ший вклад в ко­то­рую внесли По­рай-Ко­ши­ца и Из­ма­иль­с­кий. Раз­ви­тие идей ко­то­рых и стало тем, что се­год­ня на­зы­ва­ют сов­ре­мен­ной элек­трон­ной те­о­рией цвет­нос­ти.

Теория цветности

Вообще говоря, «в химии нет ни­че­го кроме фи­зи­ки», по­э­то­му нам в пору вер­нуть­ся к урав­не­нию Эйн­штей­на-План­ка. Ко­то­рое от­ра­жа­ет элек­тро­маг­нит­ный спектр. Ведь све­то­вой луч яв­ля­ет­ся по­то­ком фо­то­нов, яв­ля­ю­щих­ся эле­мен­тар­ны­ми час­ти­ца­ми света. Ко­то­рые, соб­с­т­вен­но, и несут элек­тро­маг­нит­ную энер­гию, вы­ра­жа­е­мую в кДж (E).

, где v – частота элек­тро­маг­нит­ных ко­ле­ба­ний, с -1 ; h – пос­то­ян­ная План­ка

, где λ – длина вол­ны (нм); c – ско­рость света в ва­ку­у­ме (3*10 8 м/с)

Из этих уравнений и можно вывести при­чи­ну из­би­ра­тель­но­го пог­ло­ще­ния све­то­вых лучей оп­ре­де­лён­ной длины. С те­о­рией чего можно оз­на­ко­мить­ся при помощи ин­фо­гра­фи­ка вы­ше. Но здесь важно за­ме­тить, что энер­гия мо­ле­ку­лы, свойст­вен­ная ей в нор­маль­ном сос­то­я­нии, на­зы­ва­е­мым ос­нов­ным, обоз­на­ча­ет­ся через ​ ( E_0 ) ​, а энер­гия в сос­то­я­нии воз­буж­де­ния, ко­то­рое про­во­ци­ру­ет пог­ло­ще­ние мо­ле­ку­лой света, обоз­на­ча­ет­ся ​ ( E^* ) ​. Со­от­вет­с­т­вен­но:

, где N – число Авогадро.

Следовательно, подставив данные, мы по­лу­чим, что ΔE для лучей в ви­ди­мой части спек­т­ра на­хо­дит­ся в ди­а­па­зо­не 300 и 158 кДж/моль. Ввиду чего ок­рас­кой об­ла­да­ют лишь те ве­щест­ва, мо­ле­ку­лы ко­то­рых пе­ре­хо­дят в воз­буж­дён­ное сос­то­я­ние от пор­ций энер­гии в ди­а­па­зо­не 158–300кДж/моль. Но, пос­коль­ку энер­гия мо­ле­ку­лы (​ ( E_м ) ​) скла­ды­ва­ет­ся из вра­ща­тель­ной энер­гии (​ ( E_в ) ​), ко­ле­ба­тель­ной энер­гии (​ ( E_к ) ​) и энер­гии элек­тро­нов (​ ( E_э ) ​), по­нят­ное дело, что энер­гия фо­то­нов может рас­хо­до­вать­ся на любой из этих трёх видов энер­гии. Тем не менее, на цвете от­ра­жа­ет­ся только энер­гия элек­тро­нов. Пос­коль­ку раз­ность только их уров­ней энергии ко­леб­лет­ся в ди­а­па­зо­не, со­от­вет­с­т­ву­ю­щем из­лу­че­нию в дли­нах волн ви­ди­мо­го спек­т­ра.

Читайте также:  Какое самое маленькое море в мире: описание, статистика и факты

Но «каждое изменение энергии элек­тро­нов соп­ро­вож­да­ет­ся из­ме­не­ни­я­ми вра­ща­тель­ной и ко­ле­ба­тель­ной энер­гии, так как мо­ле­ку­ла од­но­вре­мен­но пог­ло­ща­ет фо­то­ны, со­от­вет­с­т­ву­ю­щие раз­лич­ным частям элек­тро­маг­нит­но­го спек­т­ра, и элек­трон­ные пе­ре­хо­ды (элек­трон­ное воз­буж­де­ние) про­ис­хо­дят од­но­вре­мен­но с вра­ща­тель­ны­ми и ко­ле­ба­тель­ны­ми пе­ре­хо­да­ми. Поэтому спек­т­ры пог­ло­ще­ния сос­то­ят из боль­шо­го числа линий пог­ло­ще­ния, ко­то­рые пе­ре­кры­ва­ют­ся и об­ра­зу­ют по­ло­сы. В этом смыс­ле пог­ло­ще­ние фо­то­нов, вы­зы­ва­ю­щих вра­ща­тель­ные и осо­бен­но ко­ле­ба­тель­ные энер­ге­ти­чес­кие пе­ре­хо­ды, ока­зы­ва­ет вли­я­ние на цвет ве­щест­ва, пос­коль­ку от­тен­ки ок­рас­ки за­ви­сят от ши­ри­ны и ха­рак­те­ра по­ло­сы пог­ло­ще­ния» [8].

Вот и получается, что цвет воз­ни­ка­ет в ре­зуль­та­те пре­об­ра­зо­ва­ния пог­ло­щён­ной све­то­вой энер­гии в теп­ло­вую. В ре­зуль­та­те чего в спектре от­ра­жён­но­го света не хва­та­ет лучей оп­ре­де­лён­ной (пог­ло­щён­ной) длины. По­э­то­му при по­па­да­нии их на сет­чат­ку глаза че­ло­век видит тот или иной цвет. Что мож­но в об­щем виде раз­де­лить на 4 ти­пич­ных слу­чая [9].

  1. Все лучи ви­ди­мой час­ти спек­т­ра пол­нос­тью про­хо­дят сквозь проз­рач­ное те­ло или от­ра­жа­ют­ся от не­про­з­рач­но­го. В этом слу­чае проз­рач­ное те­ло пред­с­тав­ля­ет­ся не­ок­ра­шен­ным, бес­цвет­ным, а не­про­зрач­ное – бе­лым.
  2. Все лучи ви­ди­мой час­ти спек­т­ра пол­нос­тью пог­ло­ща­ют­ся те­лом. Те­ло ка­жет­ся чёр­ным. По­э­то­му чёр­ный цвет ле­том и «при­тя­ги­ва­ет» теп­ло. Ведь объ­ек­ты чёр­но­го цве­та пре­об­ра­зу­ют све­то­вую энер­гию в теп­ло­вую.
  3. Все лучи видимой части спек­т­ра про­хо­дят сквозь проз­рач­ное те­ло или от­ра­жа­ют­ся от не­проз­рач­но­го бо­лее или ме­нее рав­но­мер­но ос­лаб­лен­ны­ми вслед­с­т­вие час­тич­но­го пог­ло­ще­ния те­лом. В этом слу­чае тело пред­с­тав­ля­ет­ся се­рым, при­чём от­тен­ки ме­ня­ют­ся от свет­ло-се­ро­го до тём­но-се­ро­го в за­ви­си­мос­ти от сте­пе­ни ос­лаб­ле­ния лу­чей.
  4. Тело избирательно пог­ло­ща­ет не­ко­то­рые лу­чи ви­ди­мой час­ти спек­т­ра, ос­таль­ные же про­хо­дят сквозь те­ло или от­ра­жа­ют­ся от не­го. Те­ло пред­с­тав­ля­ет­ся ок­ра­шен­ным (цвет­ным).

Интегрированный урок физики, химии, биологии и литературы “Свеча в науке и искусстве”. 9-й класс

Класс: 9

Цели урока (для учащихся):

  • О роли свечи в открытии законов природы.
  • О языковых средствах, используемых в стихотворении Б. Ахмадулиной «Свеча».
  • Объяснять наблюдаемые физические, химические и биологические явления.
  • Находить в тексте языковые средства. (Слайд 4)

Цели урока для коллег:

  • Формировать у учащихся целостную картину мира.
  • Показать взаимосвязь между предметами естественно-научного и гуманитарного циклов.
  • Использовать интернет-ресурсы и мультимедийные средства при подготовке и проведении урока.
  • Использование различных компонентов учебной деятельности для повышения мотивации обучения.

Оснащение: мультимедийная техника, свечи, химические реактивы и оборудование.

Ход урока

«Явления, наблюдаемые при горении свечи, таковы, что нет ни одного закона природы, который при этом не был бы, так или иначе, затронут».
М.
Фарадей «История свечи» (Слайд 3)

Свеча является для человека не только источником света и тепла, а также источником знаний, творческих поисков и вдохновений. Наш урок – исследование посвящен анализу явлений, происходящих при горении свечи, и ее роли в искусстве.

В начале урока вспоминаем всё, что уже знаем о свече. Учащимся выдается лист самооценки, где они заполняют первую графу «Я знаю» в течение 3 минут. (Приложение 1)

Ученик делает заранее подготовленное сообщение о происхождении и истории свечи «Кто бы мог подумать, что у маленькой свечи есть своя судьба и своя история». (Слайд 5)

Перед выполнением практической части урока проводим инструктаж по технике безопасности. (Приложение 2)

Свеча глазами физика.

Рассматриваем процесс горения свечи, отмечаем происходящие при этом явления, анализируем и объясняем их с точки зрения физики.

1. Наблюдаем плавление и отвердевание парафина.

Вопросы к классу:

  • В чем заключаются явления плавления и отвердевания?
  • Какова особенность плавления парафина в отличие от плавления кристаллических тел?
  • Приведите примеры аморфных и кристаллических тел (соль, металлы, лед, парафин, смола, стекло и т.д.).

2. Анализируем капиллярные явления.

Вопросы к классу:

  • Почему расплавленный парафин поднимается вверх по фитилю, таким образом, поддерживая горение? Как называется это явление? (Капиллярное).
  • Объяснить капиллярные явления с точки зрения молекулярного взаимодействия.
  • Привести примеры капиллярных явлений в природе. (Подъем воды по стеблям растений).

3. Испарение парафина.

Поднявшись по фитилю жидкий парафин, превращается в горючий легковоспламеняющийся газ.

Вопрос: Как называется явление превращения жидкости в газ?

Проводим опыт под названием «Без контакта», который подтверждает появление горючего газа при испарении парафина. Наблюдаем дым, который образуется после задувания свечи – это легковоспламеняющийся газ. На расстоянии около 4 см от фитиля можно зажечь свечу по этому “огневоду”. Экспериментально подтверждаем это. Подобный опыт на своих лекциях демонстрировал Фарадей.

4. Обсуждаем виды и превращение энергии при горении свечи. (Слайд 6).

Вопросы к классу:

  • Какие виды энергии можно наблюдать при горении свечи?
  • Какие превращения энергии происходят при этом?

Экспериментальные задания классу:

  • Проведите ладонь вокруг пламени. Где ощущается больше всего тепла?
  • Почему над пламенем теплее всего? Каким способом теплопередачи передается тепло вертикально вверх? (Конвекция).
  • Расположите термометр сбоку от пламени. Наблюдаем незначительное повышение температуры. Каким способом передается тепло в этом случае? (Излучение).
  • Как называется третий способ теплопередачи (теплопроводность) и почему воздух обладает низкой теплопроводностью? (Атомы и молекулы в газах расположены на большом расстоянии друг от друга, поэтому взаимодействие их слабое).

После обсуждения наблюдаемых физических явлений демонстрируем несколько опытов со свечой.

Опыт 1. ”Удивительный подсвечник”.

Свечу утяжелили гвоздем и погрузили в стакан с водой так, чтобы она чуть выступала из воды.

  • Что произойдет со свечой? Догорит она до конца, всплывая, или погаснет, как только фитиль коснется воды?
  • Какие силы действуют на свечу? (сила тяжести, архимедова сила). Изобразить их на рисунке. Наблюдая за опытом, убеждаемся, что стакан с водой является отличным подсвечником, т.к. при горении свечи ее масса уменьшается, значит, уменьшается сила тяжести, и она всплывает, продолжая гореть.

Опыт 2. “Исчезающий воздух”.

Помещаем свечу в тарелку с водой, зажигаем ее и накрываем стаканом. Видим, что свеча гаснет, а вода поднимается в стакан. Объясняем этот опыт: при горении свечи объем газа в стакане и давление в нем уменьшаются, поэтому под действием атмосферного давления вода втягивается в стакан.

Опыт 3. ”Парафиновый мотор “ или “ Танец свечи”.

Располагаем свечу в равновесии, как показано на рисунке. Зажигаем ее с двух сторон. Свеча начинает раскачиваться по мере поочередного падения капель расплавленного парафина. Объясняется раскачивание изменением силы тяжести, действующей на оба конца свечи из-за изменения их массы.

Свеча глазами химика.

Еще раз внимательно рассматриваем процесс горения свечи, отмечаем происходящие при этом изменения, анализируем и объясняем их с точки зрения химии.

Учащиеся выполняют лабораторные опыты.

Обращаем внимание на соблюдение правил техники безопасности. У учащихся на столах инструкции по проведению опытов. (Приложение 2).

Наблюдения за горящей свечой.

Опыт 1. Физические явления при горении свечи.

Зажгите свечу. Внимательно наблюдайте, как начинает таять парафин около фитиля, образуя, круглю лужицу. Погасите свечу. Парафин – органическое вещество с молекулярной формулой С17Н36.

  • Плавление парафина это физический или химический процесс?
  • Парафин это легкоплавкое или тугоплавкое вещество?
  • Определяем качественный и количественный состав парафина, находим массовую долю углерода и водорода. Решение задачи в тетради. Проводим взаимопроверку. (Слайд 8).

Задача.

Определить массовую долю углерода и водорода в парафине. Его молекулярная формула С17Н36.

Решение:

Дано: С17Н36
_______________
Найти:
ω (C) = ?
ω (H) = ?
Решение:

где:

ω – массовая доля химического элемента;
n – число атомов химического элемента;
Ar – относительная атомная масса химического элемента;
Mr – относительная молекулярная масса.

Mr(С17Н36) = 12 * 17 + 1*36 = 240

Ответ: ω (C) = 85% ω (H) = 15%

Опыт 2. Изучение строения пламени свечи.

Зажгите свечу. При внимательном рассмотрении пламени можно различить три зоны. (Слайд 9). Нижняя его часть состоит из паров парафина и воздуха – зона (а). В этой части пламени температура невысокая. Средняя часть пламени самая яркая – зона (б). Здесь происходит разложение углеводородов, из которых состоит свеча. Частицы углерода сильно накаляются и изучают свет.

Внешняя часть пламени – зона (в) самая горячая. Здесь происходит полное сгорание газов с образованием оксида углерода (IV) СО2 и воды. Пламя – светящееся.

Закрепите в держателе лучинку, внесите ее в нижнюю часть пламени и быстро удалите ее. Почему лучинка обгорела только по краям, а в центре осталась не опаленной?

Закрепите в держателе предметное стекло, внесите его в среднюю часть пламени, подержите несколько секунд и удалите его. Что наблюдаете? Откуда появилась сажа?

Горение свечи это процесс физический или химический?

Назовите признаки химической реакции, наблюдаемые при горении свечи?

Сделайте рисунок «Строение пламени» и подпишите зоны пламени.

Опыт 3. Обнаружение продуктов горения.

Сухую пробирку закрепите в держателе, переверните вверх дном и подержите над пламенем до запотевания. Объясните наблюдаемое явление. (Как вода попала в пробирку?)

В ту же пробирку быстро прилейте 1-2 мл известковой воды – Са(ОН)2. Что наблюдаете? При действии какого газа известковая вода мутнеет?

Составьте уравнение реакции. Проверка (Слайд 10).

Опыт 4. Влияние воздуха на горение свечи.

Зажгите две свечи. Одну накройте большим стаканом, другую – маленьким. В каком случае свеча горит дольше? Почему?

Запишите уравнение реакции горения, если вещество, из которого состоит свеча, имеет формулу С17Н36. (Работа у доски) Проверка (Слайд 11).

Свеча глазами биолога.

Свеча помогла открыть еще одно удивительное явление.

Юлиус Майер – немецкий врач писал об этом чудесном процессе: «Природа поставила себе задачу перехватить на лету притекающий на Землю свет и превратить эту подвижнейшую из сил в твёрдую форму, сложив её в запас. Для достижения этой цели она покрыла земную кору организмами, которые живя, поглощают солнечный свет.» Этими организмами являются растения.

Английский химик Джозеф Пристли искал способ очистки воздуха, испорченного горением свечи. (Слайд 12). Он помещал под колокол вместе с горящей свечой разные вещи. Так под колокол попал пучок мяты, который делал воздух пригодным для горения. Опыты Пристли произвели сильное впечатление. (Слайд 13). Шведский исследователь Карл Шееле, скромный аптекарь, попытался повторить опыты Пристли в своей домашней лаборатории, где он проводил эксперименты в своё свободное время – в основном по ночам, но у него получилось, что растения не улучшали воздух, а делали его непригодным для горения. На основании своих опытов Шееле обвинил Пристли в обмане. Пристли стал повторять опыты, и тут обнаружился интересный факт: растения то улучшали воздух, то нет.

Был ли прав Шееле в своих претензиях?

Почему у Пристли получились двоякие результаты?

Что Пристли и Шееле не учли в своих экспериментах?

Действительно, причина неудач Пристли была в том, что ни он, ни Шееле не выяснили, при каких внешних условиях растения очищают или портят воздух.

Точку в этом вопросе поставил Ян Ингенхауз – личный врач австрийской императрицы Марии Терезии. Он проделал 500 опытов с веточкой элодеи. На солнечном свету из растения поднимались пузырьки газа. Ингенхауз собрал газ, и оказалось, что это чистейший кислород. Но пузырьки выделялись только на свету, причём не зеленые части растений пузырьков не выделяли. Таким образом, Ингенхауз доказал, что растения действительно улучшают воздух, но только на свету. Этот процесс впоследствии назвали фотосинтезом. А открыть его помогла такая простая и в то же время сложная свеча.

Учащиеся составляют, уравнение фотосинтеза. (Работа у доски и в тетрадях) Проверка (Слайд 14).

Учитель зачитывает слова М. Фарадея «Рассмотрение физических явлений, происходящих при горении свечи, представляет собой самый широкий путь, которым можно подойти к изучению естествознания». (Слайд 15).

Свеча в литературе и искусстве.

Учащиеся приводят ассоциации, возникающие, при слове свеча? (Тепло, уют, свет, день рождения, праздник, гадание).

Есть что-то магическое в горящей свече. Ее образ вдохновлял многих художников и поэтов на создание удивительных произведений. Посмотрите на картины замечательных русских художников: Карл Брюллов «Гадающая Светлана», Михаил Врубель «Ангел с кадилом и свечой», Михаил Нестеров «Князь Александр Невский», Илья Глазунов «Девушка со свечой во храме», Константин Васильев «Ожидание». (Слайды 16-19). Одно из самых известных художественных произведений стихотворение Бориса Пастернака «Зимняя ночь». (Зачитываются несколько строчек).

Сегодня мы познакомимся со стихотворением Беллы Ахмадулиной «Свеча». На экране – портрет поэтессы, (Слайд 20), текст стихотворения, (Слайд 21). На партах перед ребятами распечатанные тексты.

Всего-то – чтоб была свеча,
свеча простая, восковая,
и старомодность вековая
так станет в памяти свежа.

И поспешит твое перо
к той грамоте витиеватой,
разумной и замысловатой,
и ляжет на душу добро.

Уже ты мыслишь о друзьях
все чаще, способом старинным,
и сталактитом стеаринным
займешься с нежностью в глазах.

И Пушкин ласково глядит,
и ночь прошла, и гаснут свечи,
и нежный вкус родимой речи
так чисто губы холодит.

Заранее подготовленный ученик выразительно читает стихотворение.

Учащиеся под руководством учителя обсуждают литературное произведение.

Все ли слова понятны? Что значит витиеватый? (Замысловатый, лишенный простоты).

Какую неточность допустила Б.А. сточки зрения химии? (Восковая и стеариновая – разные свечи по составу).

Какой геологический термин использовала поэтесса? В каком значении он употреблен в тексте? (Сталактит, здесь – подтаявший воск).

Какова тема стихотворения? (Чувства, которые вызывает горящая свеча).

Какова идея стихотворения? (Горящая свеча напоминает о старинных временах, о доброте, о друзьях).

Идея стихотворения – напоминание о доброте, о друзьях. А как создается это настроение? Слово – первый уровень, на котором создается образ. Образ создается на основе переносного значения слова. Вспомните, как называется слово, употребленное в переносном значении? (Троп).

Какие основные виды тропов вы знаете? (Эпитет, олицетворение, метафора). Обратимся к памятке. (Слайд22).

Учащимся предлагается самостоятельная работа.

Первый ряд находит тропы в первых двух строфах. Второй ряд находит тропы в третьей и четвертой строфе.

Эпитеты: вековая, витиеватой, разумной, замысловатой, нежной, родимой.

Олицетворение: поспешит перо, ночь прошла.

Метафора: ляжет добро, вкус холодит, сталактит стеаринный.

Существуют также синтаксические средства выразительности: инверсия, перенос, цезура. Обратимся к памятке. (Слайд23). Давайте найдем их в стихотворении.

Инверсия: свеча простая, поспешит перо, ляжет добро.

Перенос: И поспешит твое перо; К той грамоте витиеватой…

Цезура – первая строчка.

Напишите, что символизирует свеча в каждой строфе.

В первой строфе – свеча напоминает о старине, во второй – о доброте, в третьей – о дружбе, в четвертой – о родной речи. (Слайд 24).

Итак, мы проследили, как создается настроение уюта, доброты, любви к родному языку в стихотворении с помощью изобразительно-выразительных средств.

Учащимся дается возможность еще раз, самостоятельно, вспомнить пройденный материал. Они заполняют вторую графу листа самооценки «Я узнал» в течение 2-3 минут. (Приложение 1).

Для закрепления ребята решают кроссворд по теме урока.

Кроссворд «Свеча» (Приложение 3).

  1. Процесс поглощения углекислого газа зелёными растениями.
  2. Вид передачи энергии.
  3. Химический элемент, входящий в состав парафина.
  4. Источник света в деревенских избах.
  5. Синоним слова огонь.

В заключение, учитель зачитывает слова Майкла Фарадея «Я могу только выразить вам свое пожелание, чтобы вы могли с честью выдержать сравнение со свечой, то есть могли бы быть светочем для окружающих, и чтобы во всех ваших действиях вы подражали красоте пламени, честно и производительно выполняли свой долг перед человечеством».

Подведение итогов.

Домашнее задание. Учащимся предлагается составить синквейн по пройденной теме.

Ссылка на основную публикацию