По сути, зеркалом может быть все, что имеет гладкую поверхность, которая отражает почти весь падающий на нее свет.
Как зеркала работают
Когда свет падает на любую поверхность, часть его отражается. Зеркала — это просто гладкие поверхности, которые очень хорошо отражают свет, плохо его пропускают и еще хуже рассеивают. Поверхность воды неплохо отражает свет. Стекло отражает свет плохо. Полированный металл отражает свет очень хорошо.
Фото: Getty Images
На примере поверхности воды понятно, почему поверхность зеркала должна быть гладкой. Спокойная поверхность дает неискаженное изображение. Если пойдет рябь, изображение исказится, поскольку падающие лучи будут отражаться в разных местах такой неровной поверхности по разным направлениям.
Фото: Getty Images
Из чего делают зеркала
Природными зеркалами помимо поверхности воды могут быть гладкие сколы кристаллов. Искусственные зеркала также существуют с древних времен. В простейшем случае таким зеркалом может быть хорошо отполированный камень плотной, непористой структуры. Естественно, он должен быть мягким, чтобы поддаваться полировке, но не слишком, — чтобы поверхность не покрылась вскоре царапинами.
В древности для изготовления зеркал часто использовали обсидиан (вулканическое стекло). Эти камни при тщательной полировке дают четкое отражение.
В классической античности и позднее для изготовления зеркал использовался твердый металл (бронза, позже серебро). Но такие зеркала были слишком дорогими; к тому же они поддавались коррозии.
Все изменилось в XVI веке, когда венецианские стеклодувы наладили производство относительно гладких стеклянных пластин. Появилась идея изготовления зеркал при помощи ртути, хорошо ложащейся на плоскую поверхность, которую можно было закрепить на ней вторым стеклом и рамкой. Веком позже была изобретена серебряная амальгама – сплав серебра и ртути с низкой точкой плавления, который мог застывать на одной из сторон стеклянной пластины тонкой пленкой. Качество зеркала зависело от качества стекла. Между тем, стекло, которое использовалось в ранних зеркалах такого типа, часто было деформировано и давало «рябь» на изображении.
Фото: Getty Images
Открытие немецкого химика Юстуса фон Либиха в 1835 году сделало зеркала широко доступными. Либих нашел способ покрыть стекло тонким слоем металлического серебра, нанеся металл непосредственно с помощью химической реакции. Он нанес на стекло раствор нитрата серебра в аммиаке и подверг его воздействию паров формальдегида. Нитрат серебра превратился в тонкий слой металлического серебра, который прилип к стеклу — современное зеркало родилось!
Правда, используемые химикаты были довольно вредны для здоровья. К тому же одним из побочных продуктов реакции был взрывоопасный нитрат аммония. Если все шло хорошо, он испарялся, но если на зеркале оставалось хотя бы немного этого вещества, оно могло треснуть при малейшем воздействии.
Но изделия из серебра темнеют на воздухе из-за сероводорода, содержащегося в воздухе. Если местность влажная, сильно освещенная, то серебряные украшения темнеют быстрее. Как следствие, серебряная основа зеркала может потемнеть и потускнеть. Обычно это не проблема, потому что на серебро наносится герметизирующий слой (в старых зеркалах иногда просто наклеивалась плотная бумага. Но край зеркала при этом оказывается наиболее уязвим. Именно там чаще всего нарушается герметизация и зеркало темнеет по краям.
Фото: Getty Images
Из чего делают современные зеркала
Современные технологии производства стекла и металлургии позволяют производить очень плоские листы стекла с равномерным покрытием на обратной стороне, что значительно улучшает четкость изображения.
Стекло, основная составляющая зеркал, на оборотную сторону которого наносится отражающий слой, отражает свет очень плохо – порядка 4% падающего на него света. Но стекло создает однородную гладкую основу, на которую можно нанести эффективно отражающий слой.
Кроме того, стеклу можно придать разные формы для специализированных зеркал: например, выпуклые зеркала, устанавливаемые на сложных участках дороги, или параболические зеркала для телескопов.
Но есть и проблемы. Стекло – хрупкое. Оно легко разбивается. 4% света отражающиеся от внешней поверхности стекла создают оптические искажения, несущественные для бытового использования, но неприемлемые в точных приборах. К тому же световые волны разной длины (то есть разные части спектра) преломляются стеклом по-разному, а некоторые сильнее поглощаются, чем остальные. Так что вопрос «какого цвета зеркало?» — совсем не бессмысленный, и вы даже знаете на него ответ, если когда-нибудь смотрели на зеркало сбоку.
По этой причине высококачественные зеркала научного уровня зачастую специализированы. Для них используются особые виды стекла и подложки, в наибольшей степени отвечающие конкретной задаче. Пирекс, или боросиликатное стекло, используется, когда зеркала должны выдерживать высокие температуры.
В ряде случаев, чувствительных к оптическим искажениям, светоотражающий слой приходится наносить на переднюю часть зеркала – так, к примеру, изготавливают параболические зеркала для оптических телескопов. Поверх светоотражающего слоя наносят тонкую полимерную пленку, а массивное стекло выполняет только роль подложки.
В некоторых случаях пластиковая подложка подходит лучше стеклянной. В частности, зеркала на детских игрушках пластиковые, потому что они не так легко разбиваются, к тому же им легко придать любую форму.
Помимо серебра, используются и другие металлические покрытия: алюминий, золото или хром. Современные бытовые зеркала, как правило, имеют отражающий слой из алюминия, но серебро дает отражение лучшего качества, так что дорогие зеркала по-прежнему серебряные. Зеркала для научных приборов уровня иногда покрываются другими материалами, такими как оксиды и нитриды кремния, — они более устойчивы к царапинам, чем металлические.
Очень важно, чтобы стекло перед нанесением отражающего покрытия было отполировано до совершенства и очищено от любой грязи. В противном случае зеркало будет давать искаженное изображение.
Есть много способов покрытия стекла выбранным металлом, чтобы получилось зеркало. В промышленном производстве на стекло наносят покрытие, доводя металл до кипения в специальных камерах, а затем металл конденсируется на листе стекла, образуя тонкое, но идеальное покрытие.
Как сделать зеркало в домашних условиях
Дома можно сделать зеркало по методу Генрихсона. Заниматься этим стоит только если у вас есть опыт работы с химическими реактивами, и лучше не дома, а в химической лаборатории. В интернет-магазинах продаются наборы реактивов для изготовления зеркал, но можно купить и по отдельности.
Необходимые ингредиенты: нитрат серебра AgNO3 (ляпис), аммиачная вода NH4OH (нашатырный спирт), сегнетова соль KNaC4H4O6*4H2O и дистиллированная вода. Дистиллированную воду для аккумуляторов можно купить и в автомагазине.
Все ингредиенты, кроме дистиллированной воды и сегнетовой соли – ядовитые и едкие. Используйте защитные очки и перчатки; если вы все же дома — работайте на свежем воздухе, удалив детей и животных на безопасное расстояние.
Стекло зачистите от жира этиловым спиртом и уложите зачищенной стороной на чистые салфетки. Зачищенную сторону руками не трогать!
Приготовьте два раствора. Первый раствор — ляпис, нашатырный спирт и дистиллированная вода: в нашатырный спирт, разведенный на ¾ дистиллированной водой, высыпьте тонко источенный ляпис. Сыпьте до тех пор, пока он будет растворяться. Второй раствор: сегнетову соль растворите в дистиллированной воде – принцип тот же, до насыщенного раствора. Первый раствор нагреется – не обожгитесь. Для размешивания используйте стеклянную палочку, ее можно найти в аптеке. При переносе палочки из одного раствора в другой тщательно промойте ее водой. Не готовьте растворов помногу – 50-70 мл. каждого из них более чем достаточно для нескольких опытов. Используйте стеклянную посуду – например, стеклянную банку. Учтите, что от нагревания банка может лопнуть – и заранее примите меры предосторожности. Старайтесь не надышаться парами первого раствора – они не прибавят вам здоровья.
Когда растворы стабилизируются, смешайте их небольшие порции в отдельной посуде. Смесь очень сильно нагреется. Переверните стекло очищенной частью вверх, положите, держа за края, на заранее заготовленную плоскую поверхность, параллельную земле и аккуратно вылейте раствор на стекло. Когда он, растекшись ровным слоем, остынет на стекле и затвердеет, вы получите серебряный слой – и зеркало. Наклейте сверху и по бокам плотную бумагу, чтобы предохранить серебряный слой от повреждений и потемнения. Использованную посуду для пищевых целей не употребляйте.
Несмотря на простоту метода, он требует аккуратности и точной координации движений, так что с первого раза у вас едва ли все получится, для чего и нужно заготовить относительно много растворов. Обычно для приемлемого результата требуется 4-5 попыток. Два раствора до соединения в один финальный можно хранить в стеклянной посуде довольно долго.
Читайте также:
