Uniwersytet Śląski - Wydział Techniki (Sosnowiec)
nr ćwiczenia:	temat :		Mikroskop.Cechowanie okularu mikrometrycznego i wyznaczanie rozmiarów małych przedmiotów.
6
imię i nazwisko :		Tomasz Kindryk
rok studiów :		II		kierunek :	W.T.Z.	Ocena:
grupa :		3		data wykonania ćwiczenia :			15.12.2001r.

WSTĘP TEORETYCZNY

MIKROSKOP OPTYCZNY, przyrząd do otrzymywania powiększonych (ponad 2000 razy) obrazów przedmiotów lub ich szczegółów, niedostrzegalnych dla oka (mniejszych od ok. 0,1 mm). Obrazy dawane przez mikroskop optyczny mogą być obserwowane bezpośrednio okiem (mikroskop optyczny zwykły), fotografowane (mikrofotografia), rzucane na ekran bezpośrednio (mikroskop optyczny projekcyjny) lub po przetworzeniu (mikroskop optyczny telewizyjny). Zasadniczymi częściami zwykłego mikroskopu optycznego są: 1) układ opt. oświetlający, zawierający kondensor; 2) układ opt. wytwarzający obraz i składający się z obiektywu wytwarzającego rzeczywisty, odwrócony, znacznie powiększony (do ok. 100 razy) obraz A'B' przedmiotu AB, oraz okularu, dającego pozorny, kilkanaście razy powiększony w stosunku do A'B' obraz A''B''. Zastosowanie w mikroskopie optycznym obiektywu zwierciadlanego pozwala na zwiększenie odległości przedmiotu od obiektywu i umożliwia wyposażenie mikroskopu optycznego w dodatkowe elementy: komory grzejne lub chłodzące oraz mikromanipulatory. Podstawowymi wielkościami charakteryzującymi mikroskop optyczny są powiększenie i zdolność rozdzielcza; maks. użyteczne powiększenie jest wyznaczone przez zdolność rozdzielczą, która z kolei jest ograniczona przez dyfrakcję światła; zdolność rozdzielcza mikroskopu optycznego rośnie ze wzrostem apertury i zmniejszeniem długości fali świetlnej. Zależnie od charakteru badań używa się mikroskopów optycznych dostosowanych do obserwacji w różnych zakresach promieniowania: widzialnym, podczerwonym, nadfioletowym (w tych 2 ostatnich przypadkach obrazy są obserwowane za pomocą odpowiednich przetworników); stosuje się też różne metody obserwacji, gł. tzw. metodę jasnego pola (pozwala na obserwację cząstek pochłaniających lub rozpraszających światło — cząstka taka daje ciemny obraz na jasnym tle), metodę ciemnego pola (do obiektywu dochodzą tylko promienie rozproszone na cząstkach — możliwa jest także obserwacja przedmiotów przezroczystych różniących się od ośrodka współczynnikiem załamania), oraz metodę kontrastu fazowego (do obserwacji obiektów przezroczystych, których różnica grubości lub współczynnika załamania jest przetwarzana w układzie opt. na różny poziom jasności obrazu) i podobną do niej metodę interferencyjną. Zmiany konstrukcyjne i dodatkowe urządzenia pozwalają na prowadzenie obserwacji zarówno w świetle przechodzącym przez obiekt, jak i odbitym od obiektu, a także przystosowują mikroskop optyczny do specjalnych zadań, m.in. do obserwacji przedmiotów anizotropowych (mikroskop polaryzacyjny), badania fluorescencyjnych obrazów mikroobiektów oświetlonych promieniowaniem krótkofalowym — widzialnym, nadfioletowym (mikroskop optyczny fluorescencyjny), obserwacji stereoskopowej (mikroskop optyczny stereoskopowy), obserwacji cząstek o wymiarach poprzecznych znacznie mniejszych od teoret. zdolności rozdzielczej mikroskopu optycznego (ultramikroskop). Wynalezienie lasera przyczyniło się do zbudowania skanujących mikroskopów optycznych: odbiciowego i fluorescencyjnego, mikroskopu optycznego dopplerowskiego, mikroskopu optycznego elipsometrycznego i in. Mikroskop optyczny został wynaleziony prawdopodobnie 1590 przez Z. van Jansena; ok. 1677 A. Leeuwenhoek zbudował mikroskop optyczny powiększający dobrze ok. 300 razy; podstawy teoret. mikroskopii oprac. 1872 E. Abbe. W 1962 E.N. Leith i J. Upatnieks zbudowali bezsoczewkowy mikroskop optyczny holograficzny.

POWIĘKSZENIE, powiększenie optyczne, fiz. jedna z wielkości charakteryzujących układ optyczny. Powiększenie liniowe (poprzeczne)  — stosunek wielkości obrazu y ₂ do wielkości przedmiotu y₁; w wypadku soczewki  = x₂/ x₁, gdzie x₂ i x ₁ — odległości obrazu i przedmiotu od soczewki (soczewki cienkie) lub od płaszczyzn gł. (soczewki grube); powiększenie liniowe układu soczewek równa się iloczynowi powiększeń poszczególnych soczewek. Powiększenie kątowe y = tg u₂/tg u₁ , gdzie u₁ i u₂ — odpowiednio kąty, które tworzą z osią opt. promień wchodzący i wychodzący z układu opt.; w przyrządach takich jak lupa czy mikroskop powiększeniem kątowym nazywa się stosunek tangensa kąta, pod którym jest oglądany przedmiot przez dany przyrząd, i tangensa kąta, pod którym byłoby widać gołym okiem przedmiot umieszczony w odległości dobrego widzenia.

OKULAR [ łac.], fiz. część składowa wielu przyrządów opt. (np. mikroskopów, teleskopów, teodolitów); powiększa obraz utworzony przez obiektyw i umożliwia jego obserwację (często na tle podziałki lub krzyża z nici pajęczych); prosty okular, tzw. dublet, składa się z 2, rozdzielonych warstwą powietrza, soczewek płasko-wypukłych, zwróconych wypukłościami w stronę obiektywu — okular Huygensa lub ku sobie — okular Ramsdena; zmniejszenie aberracji chromatycznej, astygmatyzmu i dystorsji uzyskuje się przez zastosowanie okularu ortoskopowego, składającego się z pojedynczej soczewki od strony oka oraz układu 3 odpowiednio dobranych i sklejonych soczewek od strony obiektywu (konstrukcja Abbego; kątowe pole widzenia 50°); okulary szerokokątne (o polu widzenia powyżej 70°) mają budowę bardziej złożoną; powiększają od kilku do kilkudziesięciu razy.

Zasada działania mikroskopu

Powiększenie:
p=y/x F₁C=f_ob
F₂C₂=f_ok
AC=x₁≈f_ob

A'C=y₁≈L

A'C₂=x₂≈f_ok

A''C₂=y₂=d

CC₂=L

p_ob=y₁/x₁=L/x₁ p_ok=y₂/x₂=d/x₂ p=p_ob*p_ok

p_ob≈L/f_ob p_ok≈d/f_ok

p≈L*d/f_ob*f_ok - wzór na obliczanie powiększenia mikroskopu

Cechowanie okularu mikrometrycznego:

-- siatka dyfrakcyjna -200 linii/mm

1/200 mm=0,005 mm

Dla 10 lini x=10/200=0,05 mm

Początkowe ustawienie podziałki skali mikrometru okularowego	Końcowe ustawienie podziałki skali mikrometru okularowego	Otrzymany wynik [działki]	Błąd pomiaru
8 29 78 16 2	84 8 53 93 79	76 79 75 77 77 xśrednie=77	±1 ±2 ±2 0 0 ∑=5

Cechowanie okularu mikrometrycznego: 0,05 mm/x_średnie=0,05/77=0,00065

Błąd pomiaru: δ=√5/5(5-1)=2,236/20=0,11

--Badanie grubości obiektu (linijki tekstu)

Początkowe ustawienie podziałki skali mikrometru okularowego	Końcowe ustawienie podziałki skali mikrometru okularowego	Otrzymany wynik [działki]	Błąd pomiaru
15 40 95 53 65	61 84 36 98 8	100+46=146 100+44=144 100+41=141 100+45=145 100+42=142 xśrednie=144	±2 0 ±3 ±1 ±2 ∑=8

Pomiar grubości obiektu (linijki tekstu): 144 działki*0,00065=0,0936 mm

Błąd pomiaru: δ=√8/5(5-1)=2,828/20=0,14

2.Otrzymane wyniki

1działka 200rys

10 działek X

X= 10 = 0,05

200

2.1.Powiększenie 5/ 0,15

Otrzymane wyniki[działki]	Błąd pomiaru	ε*10
30 31 29 31 29 X=30	0 1 -1 1 -1	0 1 1 1 1 ∑=4

δ=√ ∑ε = √ 4 = 0,2

n(n-1) 5(5-1)

2.2.Powiększenie 10/ 0,24

Otrzymane wyniki[działki]	Błąd pomiaru	ε*10
70 69 70 69 69 X= 69	1 0 1 0 0	1 0 1 0 0 ∑= 2

δ=√ ∑ε = √ 2 = 0,1

n(n-1) 5(5-1)

Ad.2.1.Dla powiększenia 5/0,15 mamy

0,05:30=0,0016[mm]

Ad.2.2. Dla powiększenia 10/0,24 mamy

0,05:69=0,0007[mm]

2.3.Mierzona litera to "c" badana w powiększeniu 5/0,15

Otrzymane wyniki[działki]	Błąd pomiaru	ε*10
252 253 252 254 254 X=253	-1 0 -1 1 1	1 0 1 1 1 ∑=4

δ=√ ∑ε =√ 4 = 0,2

n(n-1) 5(5-1)

Badaną szerokość litery 'c' liczymy:

253dz*0,0016[mm]=0,4[mm]

6

---