Stec Wiktoria

07.05.2007

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 44

Wyznaczanie względnego współczynnika załamania światła dla przeźroczystego ośrodka przy pomocy mikroskopu.

1. Teoria

Widmo promieniowania elektromagnetycznego.

By narząd wzroku spełniał swoją funkcję potrzebne jest światło. Światło (promieniowanie widzialne) jest to ta część widma elektromagnetycznego, która powoduje bezpośrednio wrażenia wzrokowe.

W widmie światła widzialnego można wydzielić przedziały długości fal, które oko ludzkie odbiera jako wrażenie różnych barw:

380 - 436 nm   fiolet,
436 - 495 nm   niebieski,
495 - 566 nm   zielony,
566 - 589 nm   żółty (żółty),
589 - 627 nm   pomarańczowy,
627 - 780 nm   czerwony.

Poniżej zamieszczony jest rysunek, przedstawiający widmo promieniowania elektromagnetycznego. Pokazany jest również wykres chromatyczności czyli tzw. trójkąt barw. Przedstawia on w prostokątnym układzie dwóch współrzędnych chromatycznych (x,y), barwy tęczy od czerwonej do fioletowej na obrzeżach oraz wszystkie pozostałe barwy w środku trójkąta barw. Każdy punkt tego wykresu reprezentuje inną barwę światła. W centrum trójkąta znajduje się mieszanina wszystkich barw czyli barwa biała. Należy tu pamiętać, że cały czas mówimy o świetle, a nie o kolorach na papierze. Np. na papierze mamy kolor szary, a przy świetle mamy nadal światło białe. Na papierze mamy kolor czarny, a przy świetle mamy "jego brak" niezależnie od barwy źródła światła. Oczywiście, aby zobaczyć kolorową plamę na papierze potrzebne jest nam światło białe. Bo jeśli taką kartkę oświetlimy światłem innym niż białe, to kolorowa plama może wyglądać inaczej. Przykładem tego jest obraz nas samych w świetle zachodzącego czerwonego słońca. Zupełnie przecież inny niż w ciągu dnia. To jaki obraz zobaczymy uzależnione jest nie tylko od samego obrazu, ale również od światła jakim jest oświetlony.

Każde źródło promieniowania elektromagnetycznego można scharakteryzować tzw. widmową zdolnością emisyjną promieniowania W_λ. Wielkość ta W_λ. =W_λ.(λ,T) przemnożoną przez dλ oznacza energie wypromieniowaną przez jednostkową powierzchnię ciała świecącego w jednostce czasu w postaci fal elektromagnetycznych, których długości zawarte są w przedziale λ,λ + λd. Jednostką jest W/m².

Całkowita energia promieniowania:

W = W_λ λd

Dla każdego ciała istnieje cała rodzina krzywych rozkładu promieniowania widmowego.

Ciałem doskonale czarnym nazywamy– wyidealizowane ciało promieniujące i pochłaniające, model ten jest nie tylko użyteczny teoretycznie, lecz da się też w przybliżeniu zrealizować praktycznie.

Prawo Kirchoffa – stosunek widmowej zdolności emisyjnej W_λ.(λ,T) do widmowej zdolności pochłaniania. W_λ.(λ,T) – zdefiniowanej podobnie do zdolności emisyjnej.

Z tego prawa wynika, że ciało znajduje się w stanie równowagi termodynamicznej tym silniej absorbuje im silniej emituje.

Widmem optycznym ciała nazywamy rozkład natężenia świetlnego promieniowania elektromagnetycznego w zależności od dł. fali λ ( lub częstości v).

Zasada nieoznaczoności Heisenberga.

ΔEτ = h/(2π)

τ - czas życia atomu

Klasyfikacja widm. Wszystkie ciała pobudzone do świecenia wysyłają promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widzialnym lub w podczerwieni i nadfiolecie. Widma takie nazywamy emisyjnymi.

1. Widma liniowe ( seryjne ) wysyłane przez pojedyncze atomy danego pierwiastka w stanie gazowym.

2. Widmo pasmowe, charakteryzuje cząsteczki związków chemicznych, a nie pojedynczych atomów.

3. Widma ciągłe, obejmują wszystkie barwy światłą od czerwieni do fioletu, charakteryzują rozżarzone ciała stałe i ciekłe oraz gazy pod dużym ciśnieniem.

Zasada dzialania mikroskopu.

W budowie mikroskopu wyróżniamy dwa zasadnicze układy: mechaniczny i optyczny.

Układ mechaniczny

• statyw z podstawą

• stolik (osadzony poziomo)

• tubus

• rewolwer

• śruba makrometyczna

• śruba mikrometryczna

• przesłona (blenda)

Układ optyczny

• okular

• obiektyw

• kondensor

• lusterko płasko-wklęsłe (lub wbudowane źródło światła)

Statyw opatrzony jest w uchwyt, za który należy zawsze trzymać mikroskop przy wyjmowaniu go ze skrzyni lub przenoszeniu. Nie należy nigdy trzymać za podkowiastą podstawę statywu. Nowsze modele mikroskopów mają statywy łamane, pozwalające na ustawienie tubusa w pozycji skośnej, a tym samym na dogodne mikroskopowanie na siedząco. Niektóre mikroskopy wyposażone są w skośne nasadki binokularne pozwalające na dwuoczne mikroskopowanie bez łamania statywu.

Stolik czworoboczny lub okrągły, z otworem w środku, jest nieruchomy lub przesuwany za pomocą dwóch śrub osadzonych poziomo.

Tubus mikroskopu przesuwany jest śrubą makrometryczną, o dużym skoku. Do nastawiania obrazu na ostrość służy śruba mikrometryczna, o małym skoku.

Przesłona czyli blenda, ma różny wygląd, zależnie od typu mikroskopu. W starszych typach składa się z kilku wymiennych blaszek z otworami o różnej średnicy; zależnie od ich wielkości przechodzi mniej lub więcej światła do obiektywu, a następnie do okularu. W nowszych natomiast mikroskopach blenda zbudowana jest z szeregu blaszek dających się rozsuwać i zwężać podobnie jak w aparacie fotograficznym. Ponieważ światło przechodząc przez blendę po odbiciu od osadzonego niżej lusterka mimo wszystko nie jest dość silne, zastosowano do wzmocnienia go kondensor.

Z części optycznych najważniejsze są : okular i obiektywy.

Okular osadzony w górnej części tubusa, składa się z dwóch soczewek płasko-wypukłych, górnej od strony oka i dolnej, zamykającej okular.

Obiektyw osadzony jest w dolnej części tubusa. Składa się on z kilku soczewek umieszczonych w oprawie metalowej . Na obiektywie i okularze podane jest jego powiększenie. Powiększenie, jakie daje mikroskop, zależy od powiększenia obiektywu i okularu i stanowi iloczyn powiększeń tych dwóch części optycznych (np. powiększenie własne obiektywu = 10 x , powiększenie własne okularu = 15 x , po większenie obrazu - 150 x). Maksymalne powiększenie uzyskane w mikroskopie wynosi ok. 2000 x.

Przy oglądaniu preparatu pod dużym powiększeniem konieczna jest szczególna ostrożność. Zmieniając powiększenie ze słabego na silniejsze tubus należy lekko podnieść do góry śrubą malcrometryczną, a następnie przestawić obiektyw na dany obiekt i kręcąc bardzo powoli tą samą śrubą opuszczać go w dół tak, by nie przeoczyć obrazu. Z chwilą gdy ukaże się zarys preparatu, obraz na ostrość należy już nastawić śrubą mikrometryczną.

Bez zachowania tych środlców ostrożności można zgnieść preparat oraz spowodować zarysowanie soczewki obiektywu.

Obiektywy w mikroskopie umocowane są w tzw. rewolwerze. Gdy chcemy uzyskać inne powiększenie, rewolwer należy przekręcić w lewo lub w prawo, a wraz z nim przesuwa się odpowiedni obiektyw. Lekkie stuknięcie przy przekręcaniu wskazuje, że obiektyw znalazł się na właściwym miejscu.

Lusterko umieszczone pod kondensorem bądź pod stolikiem, z jednej strony jest płaskie, a z drugiej wklęsłe. Ze względów praktycznych dla silniejszego oświetlenia preparatu używamy raczej lusterka wklęsłego. W mikroskopach wyższej klasy wmontowane jest stałe źródło światła w postaci żarówki zasilanej z transformatora.

W mikroskopie widzi się obraz pozorny, powiększony i odwrócony. Toteż przesuwając preparat w lewo i w prawo, widzimy obraz przesuwający się w kierunku odwrotnym.

działania mikroskopu.

Wykonanie ćwiczenia:

Przyrządy:

mikroskop, źródło światła, śruba mikrometryczna, dwie płytki płaskorównoległe.

Kolejność czynności:

1. Przygotować mikroskop do pomiarów ustawiając równo oświetlone pole widzenia.

2. Dwie płaskorównoległe płytki o różnych grubościach wykonane z różnych materiałów starannie oczyścić.

3. Śrubą mikrometryczną zmierzyć grubość płytek. Pomiary powtórzyć 10 razy dla każdej płytki, wyniki umieścić w tabeli.

4. Ustawić zmierzoną płytkę na stoliku mikroskopu, pokręcając śrubą przesuwu pionowego ustawić mikroskop tak, aby widoczna była ostra kreska narysowana na górnej powierzchni płytki.

5. Kręcąc śrubą znajdującą się w stopce mikrometru ustawić wskazanie zerowe.

6. Obniżyć obiektyw tak, aby otrzymać ostry obraz kreski znajdującej się na dolnej powierzchni płytki.

7.Odczytać wskazanie mikrometru.

8. Pomiary powtórzyć kilkakrotnie.

9. Powtórzyć pomiary omówione w punktach 4 - 7 dla drugiej płytki.

10. Aby oszacować błąd d jakim obarczony jest pomiar pozornej grubości płytki należy ustawić obiektyw mikroskopu tak, by obraz kreski znajdującej się na dolnej powierzchni był ostry, a następnie kręcić śrubą przesuwu pionowego aż do zauważenia minimalnej zmiany ostrości obrazu. Odczytać pomiar i obliczyć odcinek d1 o jaki zmienia się położenie obiektywu. Podobnie oszacować d2 tj. zmianę położenia układu optycznego mikroskopu w kierunku przeciwnym wywołającą zauważalną zmianę ostrości obrazu.

11. Błędy współczynnika załamania n1 i n2 obliczyć wykorzystując metodę różniczki zupełnej.

d1 , d2 - wartość grubości płytek

dśr1 , dśr2 - średnie wartości grubości płytek

d1 , d2 - wartości grubości płytek mierzone przy pomocy mikroskopu

d , d - błędy pomiaru mikrometrem i mikroskopem