Politechnika Wrocawska Instytut Fizyki
|
Sprawozdanie z wiczenia 79: Pomiary mikroskopowe. |
|
Arkadiusz Sopel Wydzia Informatyki i Zarzdzania rok studiów II |
13 grudnia 1995 |
Ocena:
|
Wprowadzenie teoretyczne.
Mikroskop jest przyrzdem optycznym umoliwiajcym obserwacj mikrowiata. Pozwala dostrzec szczegóy, których nieuzbrojone ludzkie oko nie jest w stanie zobaczy. Najwaniejsz cech mikroskopu jest jego powikszenie informujce ile razy ogldany przedmiot zostanie powikszony.
Najprostszym mikroskopem jest pojedyncza soczewka lub zespó soczewek lecych blisko siebie. Ukad taki nazywa si mikroskopem prostym lub lup.
Mikroskopem zoonym jest ukad skadajcy si w najprostszym przypadku z dwóch elementów: obiektywu i okularu, oraz ukadu pomocniczego, który owietla ogldane przez mikroskop obiekty.
Zasad dziaania mikroskopu mona wyjani rozpatrujc bieg promieni w ukadzie dwu soczewek skupiajcych, speniajcych rol obiektywu i okularu (rys. 1). Przedmiot AB znajduje si w odlegoci nieco wikszej od odlegoci ogniskowej obiektywu. Obraz A'B' wytworzony przez obiektyw jest rzeczywisty, odwrócony i powikszony. Okular suy do ogldania obrazu A'B', który jest przedmiotem dla okularu. Okular dziaa zatem jak lupa, dajc obraz A''B'' pozorny, prosty i powikszony w stosunku do A'B', w odlegoci dobrego widzenia D=0.25 m. Obserwowany obiekt umieszcza si na stoliku krzyowym, na szkieku podstawowym, tak aby umoliwi optymalne, dla danej metody, owietlenie obiektu.
Rys. 1. Bieg promieni w mikroskopie: AB - przedmiot, Ob - obiektyw, Ok - okular, A'B' - obraz dawany przez obiektyw, A''B'' - obraz dawany przez okular, F1, F2 - ogniskowe obiektywu i okularu.
Ukad owietlajcy mikroskopu powinien zapewnia du luminacj badanego obiektu, aby uzyska odpowiednie owietlenie siatkówki oka obserwatora. Najprostszym urzdzeniem owietlajcym jest zwierciado paskie, które odbija padajce promienie, nie skupiajc ich. Lepsze efekty uzyskuje si stosujc zwierciada wklse, które skupiaj padajc wizk wiata rozproszonego. Najlepsze owietlenie uzyskuje si stosujc ródo wiata oraz zestaw soczewek. Obraz wiata tworzy si w rodku preparatu i otrzymuje si owietlenie takie, jak gdyby ródo wiata umieszczone byo w rodku preparatu. Owietlacze tego typu opracowa Abbe - maj one nazw kondensatorów Abbego.
Powikszenie wizualne obiektywu jest iloczynem powikszenia poprzecznego obiektywu i powikszenia wizualnego okularu. Przyjmujc pewne uproszczenia mona napisa, e powikszenie mikroskopu wyraa si wzorem:
gdzie
l - dugo tubusu mikroskopu,
D - odlego dobrego widzenia,
fok, fob - ogniskowe okularu i obiektywu.
Opis dowiadczenia.
Rys. 2. Pryzmat Abbego.
W celu wyznaczenia powikszenia mikroskopu porównujemy wielko otrzymanego w mikroskopie obrazu pozornego z wielkoci przedmiotu uytego jako wzorzec. Wielko przedmiotu wzorca i wielko obserwowanego obiektu musz by dokadnie znane. Przedmiot ten naley umieci w takiej samej odlegoci od oka, w jakiej pozostaje porównywany z nim obraz preparatu, a wic w odlegoci dobrego widzenia D (ok. 250 mm). Aby dokona porównania naley jednoczenie obserwowa obraz A''B'' preparatu dawany przez mikroskop i podziak milimetrow umieszczon obok mikroskopu w odlegoci D. Umoliwia to pryzmat Abbego, którego zasad dziaania przedstawia rys. 2. Skada si on z dwóch prostoktnych pryzmatów, sklejonych ze sob podstawami. Powierzchnia ich zetknicia pokryta jest warstw póprzepuszczaln. Promienie biegnce od skali milimetrowej odbijaj si od powierzchni sklejenia obu pryzmatów i trafiaj do oka obserwatora razem z promieniami biegncymi z mikroskopu, które s przepuszczane. Pozwala to na jednoczesn obserwacj tych obrazów. Teraz mona odczyta ile podziaek ze skali mikrometrycznej pokrywa si z dziakami skali milimetrowej. Na tej podstawie mona obliczy powikszenie mikroskopu, które wyraa si wzorem:
gdzie
a - odlego dwu kresek na podziace mikrometrycznej,
N1 - liczba cakowitych dziaek podziaki milimetrowej, która przypada na cakowit liczb dziaek podziaki mikrometrycznej.
Kady mikroskop optyczny moe by stosowany do bardzo dokadnych pomiarów odlegoci. W tym celu zwyky okular naley zastpi okularem mikrometrycznym z podziak. Przed wykonaniem pomiarów naley podziak wyskalowa dla obiektywu, którym bdziemy wykonywali pomiary. Skalowanie przeprowadzamy przez obserwacj pod mikroskopem np. podziaki mikrometrycznej, której odlegoci pomidzy dziakami s znane.
Za pomoc mikroskopu mona take wyznaczy grubo. W tym celu naley umieci w polu obserwacji mikroskopu badany obiekt, ustawi ostro na doln powierzchni obiektu i odczyta wskazanie ruby mikrometrycznej, nastpnie na górn i równie odczyta wskazanie. Gdy ruba mikrometryczna wykona wicej ni jeden obrót naley to uwzgldni. Rónica obu wskaza jest szukan gruboci.
Wyniki pomiarów. Obliczenia.
1. Wyznaczanie apertury obiektywów.
obiektyw, apertura fabryczna |
apertura z lewej strony |
apertura z prawej strony |
pow. 10×, A=0.15 |
0.15 |
0.15 |
pow. 10×, A=0.24 |
0.25 |
0.25 |
pow. 40×, A=0.65 |
0.65 |
0.60 |
Apertur obiektywów wyznaczyem z dokadnoci DA=0.01, jest to dokadno aperturomierza.
2. Wyznaczenie powiksze mikroskopu dla rónych zestawów obiektyw - okular.
|
powikszenie obiektywu |
bd bezwzgldny D |
bd wzgldny d [%] |
|||
|
pomiar I |
pomiar II |
pomiar I |
pomiar II |
pomiar I |
pomiar II |
obiektyw 10× okular 10× |
110× |
107× |
6 |
7 |
5.8 |
6.3 |
obiektyw 10× okular 15× |
165× |
160× |
12 |
10 |
7.0 |
6.1 |
obiektyw 40× okular 5× |
200× |
193× |
18 |
14 |
9.0 |
7.4 |
3. Cechowanie okularu mikrometrycznego.
|
skala mikrometryczna N2 [dziaek] |
skala okularu N3 [dziaek] |
elementarna dziaka okularu k [mm] |
Dk [mm] |
dk [%] |
obiektyw 10× |
60 |
65 |
9 |
1 |
1.1 |
okular 8× |
37 |
40 |
9 |
1 |
1.1 |
obiektyw 40× |
10 |
39 |
3 |
1 |
3.3 |
okular 5× |
15 |
58 |
3 |
1 |
3.3 |
4. Badanie odlegoci pomidzy kreskami testu.
numer testu |
odlego d [mm] |
Dd [mm] |
dd [%] |
1 [12.0''] |
14 |
1 |
7.5 |
2 [16.5"] |
21 |
2 |
9.5 |
3 [22.5"] |
25 |
3 |
8 |
4 [25.5"] |
27 |
3 |
11 |
5 [28.5"] |
32 |
4 |
12.5 |
5. Pomiary gruboci pytek wzorcowych.
Wzorzec 1.
pomiar I h1 [mm] |
pomiar II h2 [mm] |
pomiar III h3 [mm] |
warto rednia h [mm] |
bd bezwzgldny Dh [mm] |
bd wzgldny dh [%] |
0.308 |
0.315 |
0.305 |
0.309 |
0.001 |
1.3 |
Wzorzec 2.
pomiar I h1 [mm] |
pomiar II h2 [mm] |
pomiar III h3 [mm] |
warto rednia h [mm] |
bd bezwzgldny Dh [mm] |
bd wzgldny dh [%] |
0.231 |
0.238 |
0.246 |
0.238 |
0.001 |
2.1 |
Wzorzec 3.
pomiar I h1 [mm] |
pomiar II h2 [mm] |
pomiar III h3 [mm] |
warto rednia h [mm] |
bd bezwzgldny Dh [mm] |
bd wzgldny dh [%] |
0.180 |
0.176 |
0.184 |
0.180 |
0.001 |
1.7 |
Wzorzec 4.
pomiar I h1 [mm] |
pomiar II h2 [mm] |
pomiar III h3 [mm] |
warto rednia h [mm] |
bd bezwzgldny Dh [mm] |
bd wzgldny dh [%] |
0.155 |
0.159 |
0.149 |
0.154 |
0.001 |
2.6 |
Gruboci poszczególnych wzorców wynosz:
- wzorzec 1: h=(309 ±1)×10-6 m.
- wzorzec 2: h=(238 ±1)×10-6 m.
- wzorzec 3: h=(180 ±1)×10-6 m.
- wzorzec 4: h=(154 ±1)×10-6 m.
Jako bd wyznaczenia gruboci przyjem najmniejsz dziak ruby mikrometrycznej mikroskopu, która wynosi 0.001 mm.
Przykadowe obliczenia.
1. Wyznaczanie powikszenia mikroskopu dla obiektywu 40× i okularu 5×.
Na podstawie wzoru:
gdzie
a - odlego dwu kresek na podziace mikrometrycznej,
N1 - liczba cakowitych dziaek podziaki milimetrowej, która przypada na cakowit liczb dziaek podziaki mikrometrycznej.
Czyli 
2. Bd wycechowania skali okularu.
Dokadno wyznaczenia wartoci k dziaki elementarnej okularu mikrometrycznego oszacowaem ze wzoru na warto dziaki elementarnej:
uwzgldniajc dokadno odczytu podczas porównania obu skal.
Dokadno odczytu wynosia ±1 dziaki skali mikrometrycznej, czyli ±0.01 mm. Uwzgldniajc to otrzymujemy, e Dk=0.001 mm.
Analogicznie postpujemy podczas wyznaczania bdu odlegoci pomidzy kreskami testu.
3. Odlego pomidzy kreskami testu (dla testu 1).
Na podstawie wzoru:
gdzie
k - warto dziaki elementarnej okularu,
m - liczba kresek testu,
n - liczba dziaek skali okularu pokrywajca si cakowicie z m kreskami testu.
Std otrzymujemy d=(14×0.009)/9=0.014 mm.
Dyskusja bdów.
Podczas pomiaru powikszenia oceniem tylko bd DN1, poniewa nie jestemy w stanie uwzgldni ewentualnych niedokadnoci w wykonaniu podziaki mikrometrycznej. Istotny wpyw na warto wyznaczonego powikszenia ma take dokadno ustawienia podziaki milimetrowej, co take zostao uwzgldnione.
Podczas pomiarów gruboci dokadno odczytu jest do dua (0.001 mm). Najwikszy bd popenia si podczas ustawiania ostroci.
Wyszukiwarka