1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową mikroskopu, wyznaczenie jego powiększenia oraz wykonanie pomiarów długości za pomocą okularu z podziałką mikrometryczną i pomiaru grubości za pomocą mikroprzesuwu pionowego.

2. Wstęp teoretyczny.

Mikroskop jest to przyrząd optyczny umożliwiający obserwację drobnych szczegółów. Najważniejszą cechą mikroskopu jest powiększenie informujące pod ilokrotnie większym kątem będzie widziany przedmiot przez mikroskop w stosunku do kąta, pod którym można go obserwować okiem nieuzbrojonym z odległości dobrego widzenia.

Najprostszym mikroskopem jest pojedyncza soczewka lub zespół soczewek leżących blisko siebie, tworzących układ o ogniskowej obrazowej dodatniej. Układ taki nazywa się mikroskopem prostym lub lupą.

Przez mikroskop złożony rozumie się układ składający się w najprostszym przypadku z 2 elementów (obiektywu i okularu) oraz układu pomocniczego, służącego do oświetlenia obiektów oglądanych przez mikroskop.

Zasadę działania mikroskopu można wyjaśnić rozpatrując bieg promieni w układzie dwu soczewek skupiających, spełniających rolę obiektywu i okularu.

Przedmiot AB znajduję się w odległości ogniskowej obiektywu. Obraz A'B' wytworzony przez obiektyw jest rzeczywisty, odwrócony i powiększony. Okular służy do oglądania obrazu A'B', który jest przedmiotem dla okularu. Okular jest tak umieszczony tak, że obraz A'B' znajduje się w odległości niż wynosi ogniskowa okularu. Okular działa zatem jak lupa, dając obraz A''B'', pozorny, prosty i powiększony w stosunku do A'B', w odległości dobrego widzenia D=250 mm. Obserwowany obiekt umieszcza się na stoliku krzyżowym, na szkiełku przedmiotowym, tak aby umożliwić optymalne oświetlenie obiektu. Układ oświetlający mikroskopu powinien zapewnić dużą luminację badanego obiektu, aby uzyskać odpowiednie oświetlenie siatkówki oka obserwatora.

Powiększenie mikroskopu jest iloczynem powiększenia poprzecznego obiektywu β_ob i powiększenia wizualnego β_ok

G=β_ob ⋅ β_{ok .}

Powiększenie poprzeczne obiektywu

,

gdzie

b - odległość obrazu od obiektywu,

a - odległość przedmiotu od obiektywu.

Powiększenie dawane przez okular jest określone wzorem

,

gdzie

D - odległość dobrego widzenia,

Δ - odległość obrazu A'B' od okularu.

Stąd wzór na powiększenie wizualne mikroskopu przyjmuje postać:

.

Uwzględniając rzeczywisty bieg promieni w mikroskopie możemy napisać następujące przybliżenia:

czyli

.

Ponieważ wielkość l i D są wielkościami stałymi, powiększenie mikroskopu zależy więc od ogniskowych obiektywu oraz okularu i jest odwrotnie proporcjonalne do ich iloczynu.

Wartość β_ob oznaczona jest na oprawie obiektywu, natomiast β_ok oznaczona jest na okularze.

3. Zestaw przyrządów.

• mikroskop,

• zestaw okularów,

• skala mikrometryczna,

• skala milimetrowa,

• pryzmat Abbego,

• okular mikrometryczny,

• płytka z testem,

• płytka metalowa z wyfrezowanymi uskokami.

4. Tabele pomiarowe.

4.1 Wyznaczenie powiększenia mikroskopu.

powiększ mikr. 200 (5X40)
N2	N1	ΔN1	δN1[%]	pow	δpow [%]
10	20,0	0,5	2,5	200	2,5
5	10,0	0,5	5	200	5
			średnie pow:	200,00	3,75

powiększ mikr. 100 (10X10)
N2	N1	ΔN1	δN1[%]	pow	δpow [%]
30	30,0	0,5	1,67	100	1,67
20	20,0	0,5	2,50	100	2,50
10	10,0	0,5	5,00	100	5,00
			średnie pow:	100,00	3,06

N1 - liczba działek skali milimetrowej,

N2 - liczba działek skali mikrometrycznej.

4.2. Cechowanie okularu mikrometrycznego.

Okular mikrometryczny: 8xS

obiektyw x10
N3	N2	ΔN2	δN2 [%]	k	δk [%]
100	92,5	0,5	0,54	9,25	0,54
86	80,0	0,5	0,63	9,30	0,63
54	50,0	0,5	1,00	9,26	1,00
50	46,0	0,5	1,09	9,20	1,09
			średnie k:	9,25	0,81

obiektyw x40
N3	N2	ΔN2	δN2 [%]	k	δk [%]
100	92,5	0,5	0,54	9,25	0,54
78	80,0	0,5	0,63	10,26	0,63
50	50,0	0,5	1,00	10,00	1,00
39	46,0	0,5	1,09	11,79	1,09
			średnie k:	10,33	0,81

N2 - liczba działek skali mikrometrycznej,

N3 - liczba działek skali okularu mikrometrycznego.

4.3 Wyznaczenie odległości między kreskami testu.

Test: 9,0''

obiektyw x10
	m	n	Δn	δn [%]	d [μm]	δd [%]
pionowe	13	34,0	0,5	1,47	24,19	1,47
skośne ///	18	48,0	0,5	1,04	24,67	1,04
skośne \\\	18	48,0	0,5	1,04	24,67	1,04
poziome	13	34,0	0,5	1,47	24,19	1,47

obiektyw x5
	m	n	Δn	δn [%]	d [μm]	δd [%]
pionowe	13	15,5	0,5	3,23	11,03	3,23
skośne ///	18	22,0	0,5	2,27	11,31	2,27
skośne \\\	18	22,0	0,5	2,27	11,31	2,27
poziome	13	15,5	0,5	3,23	11,03	3,23

n - liczba działek okularu mikrometrycznego,

m - liczba kresek testu.

4.4 Wyznaczenie grubości uskoków na płytce metalowej.

powiększ 10x10
uskok1			uskok4
	wys [dz]	wys [μm]		wys [dz]	wys [μm]
	128	128		110	110
	110	110		120	120
	120	120		112	112
	116	116		118	118
Średnie:	118,5	118,5		115	115

5. Opracowanie wyników i przykładowe obliczenia..

Do wyliczenia powiększenia mikroskopu skorzystaliśmy z zależności:

gdzie

N1 - liczba działek skali milimetrowej,

N2 - liczba działek skali mikrometrycznej,

a = 0,01 [mm].

Po podstawieniu przykładowych danych otrzymamy:

.

Do obliczenia wartości działki elementarnej k okularu mikrometrycznego zastosowaliśmy wzór:

gdzie

N2 - liczba działek skali mikrometrycznej,

N3 - liczba działek skali okularu mikrometrycznego.

Po podstawieniu przykładowych wartości otrzymamy:

.

Odległości między kreskami testu wyznaczyliśmy z zależności:

gdzie

n - liczba działek okularu mikrometrycznego,

m - liczba kresek testu.

Po podstawieniu przykładowych wartości otrzymamy:

.

Przy wyznaczaniu grubości uskoków różnicę mikroprzesuwu pionowego w działkach pomiędzy ostrym widzeniem górnej i dolnej powierzchni należy przemnożyć przez 10^-6 [m].

6. Wnioski.

Przy wyznaczaniu powiększenia mikroskopu można zauważyć, że błąd wyznaczenia powiększenia jest tym mniejszy im większa jest liczba działek obu skal. Podobnie jest z błędami wyznaczenia wartości k działki elementarnej okularu mikrometrycznego, oraz z błedami wyzanczenia odległości między kreskami testu d. Podczas pomirów grubości uskoków na metalowej płytce sama dokładność pomiaru grubości jest dość duża. Istotny błąd wprowadza tu jednak ustawienie mikroskopu na ostre widzenie obu powierzchni.

Laboratorium z fizyki Pomiary mikroskopowe

Strona nr 3

---