Ćwiczenie 25

Mikroskop

1. Wprowadzenie

1.1. Opis mikroskopu

Mikroskop składa się z masywnego statywu podtrzymującego stolik i z częś­­­­ci optycznych przyrządu, którymi są:

- obiektyw O i okular O' umieszczone w przesuwalnym tubusie,

Rys.1. Bieg promieni w mikroskopie

- kondensor K, służący do silnego oświetlenia oglądanego, przeźroczystego przedmiotu,

- zwierciadło Z kierujące światło ku kondensorowi.

Obiektyw i okular są układami soczewek: obiektyw 2 -10 sztuk, o średnicy paru milimetrów i bardzo krótkiej ogniskowej. Na rys.1 przedstawiono bieg promieni w mikroskopie, w którym obiektyw i okular są zastąpione pojedynczymi soczewkami. Przedmiot oglądany A₁B₁ umieszczamy pod obiektywem, tuż za jego ogniskiem F₁. Obiektyw wytwarza obraz A₂B₂ rzeczywisty, powiększony odwrócony. Obraz ten służy jako przedmiot dla okularu. Okular daje obraz A₃B₃ urojony, prosty, powiększony.

Powiększenie (liniowe) mikroskopu jest to stosunek wymiarów liniowych obrazu do odpowiednich wymiarów liniowych przedmiotu:

Przepisując ten ułamek w postaci:

widzimy, że powiększenie mikroskopu jest iloczynem powiększenia: dawanego przez obiektyw i powiększenia : dawanego przez okular. Z rys.1 odczytujemy:

oraz
,

gdzie l to długość tubusa, D - odległość dobrego widzenia (dla normalnego oka 25 cm), f_{1 ­}i f₂ - ogniskowe obiektywu i okularu .

Stąd :

.

Mikroskopy są wyposażone w kilka wymiennych obiektywów i okularów, najczęściej w 3 obiektywy o powiększeniach 10, 50, 100 × i 3 okulary o powiększeniach 5, 10, 15 × . Największe powiększenie obrazów, jakie możemy uzyskać jest zatem 15⋅100 = 1500 × , najmniejsze 5⋅10 = 50 × . Można dalej powiększać obraz, np. rzutując go na ekran lub stosując dodatkowe soczewki, lecz nie uzyskamy więcej szczegółów. Przyczyną rozmycia obrazu jest dyfrakcja światła na krawędzi obiektywu. Obraz świecącego punktu nie jest w punktem, lecz okrągłą, jasną plamką otoczoną pierścieniami na przemian ciemnymi i jasnymi (rys.2a) o malejącym natężeniu I. Teoria dyfrakcji pozwala obliczyć średnicę plamki: d = 1,22 λ/ n⋅sin
, gdzie λ jest długością fali użytego światła, n - współczynnikiem załamania ośrodka otaczającego preparat, zaś
połową kąta, jaki tworzą skrajne promienie wysyłane prze świecący punkt wchodzące do obiektywu. Iloczyn n⋅sin
= A nazywa się aperturą liczbową mikroskopu. Obrazy dwóch leżących blisko siebie punktów przedmiotu zachodzą na siebie i mogą się zlewać w jedną plamę lub zaznaczać oddzielnie. Umownie przyjmujemy, że obrazy są rozdzielone, gdy maksimum natężenia I w obrazie jednego punktu przypada na pierwszy ciemny pierścień w obrazie drugiego punktu, czyli odległość środków jasnych plamek wynosi d/2 (rys.2b).

Zdolność rozdzielczą mikroskopu obliczmy z wzoru: