Data: 1999-03-16		Jarek Ptak		Wydział Mechatroniki i budowy maszyn Gr 12B
Nr ćwiczenia: O - 4		Temat: Wyznaczanie współczynnika załamania za pomocą mikroskopu.
Kolokwium:	Ocena:		Data:		Podpis:
Wykonanie:

Wstęp

Rozchodzenie się fal o rozmaitych kształtach powierzchni falowych, jak również zjawiska ugięcia, odbicia i załamania fal można ujmować z punktu widzenia tzw. zasady Huygensa. Według tej zasady każdy punkt ośrodka, do którego dociera czoło fali, staje się samodzielnym źródłem wysyłającym fale kuliste cząstkowe. Powierzchnia styczna do wszystkich fal kulistych cząsteczkowych stanowi czoło nowej fali.

Na granicy dwóch ośrodków fala ulega zazwyczaj częściowemu odbiciu, a jeśli ośrodek drugi również jest „przezroczysty” dla danego typu fali, to równocześnie z odbiciem występuje załamanie. Oba zjawiska podlegają następującym prawom:

Promień fali padającej, fali odbitej i normalna wystawiona w punkcie padania leżą w jednej płaszczyźnie.

Kąt padania równa się kątowi odbicia. Kąt padania jest to kąt zawarty między promieniem padania i normalną do powierzchni odbijającej, wystawioną w punkcie padania. Kąt odbicia jest to kąt zawarty między promieniem fali odbitej i normalną.

Promień fali padającej, fali odbitej i normalna wystawiona w punkcie padania leżą w jednej płaszczyźnie.

Stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania równa się stosunkowi prędkości rozchodzenia się fali w ośrodku pierwszym do prędkości rozchodzenia się fali w ośrodku drugim.

Przy prostopadłym padaniu promienia na powierzchnię graniczną załamanie fali nie występuje. Prawo odbicia i prawo załamania można udowodnić opierając się na zasadzie Fermata sformułowanej w XVII wieku. Zgodnie z którą promień świetlny biegnie od dowolnego punktu A do innego punktu B taką drogą, by czas potrzebny na jej przebycie był ekstremalny tzn. najkrótszy lub najdłuższy z możliwych. Zazwyczaj jest to czas najkrótszy. Można też mówić o wyborze takiego toru, wzdłuż którego droga optyczna promienia jest ekstremalna. Przez drogę optyczną promienia w ośrodku o współczynniku załamania n rozumiemy iloczyn drogi rzeczywistej przebytej w tym ośrodku i współczynnika załamania n. W ten sposób przeliczamy drogę przebyta w danym ośrodku na drogę przebytą w tym samym czasie w próżni. Z tej zasady możemy łatwo wyprowadzić prawo odbicia i załamania.

Mikroskop

Powiększenia uzyskane za pomocą lupy są niewystarczające, gdy oglądane przedmioty są bardzo małe. Posługujemy się wtedy mikroskopem.

W mikroskopie występują dwa układy soczewek: obiektyw OB od strony oglądanego przedmiotu i okular OK. od strony oka. Oba układy działają jak soczewki zbierające o odpowiednio zmniejszonej aberracji sferycznej i chromatycznej. Obiektyw ma bardzo krótka ogniskową, okular - nieco dłuższą.

Przedmiot AB umieszczony jest między F i 2F obiektywu, bardzo blisko ogniska F, aby otrzymać duże powiększenie. Rzeczywisty obraz ab tworzy się w odległości większej od podwojonej odległości ogniskowej obiektywu. Okular ustawiamy w stosunku do tego obrazu jak lupę tzn. w odległości nieco mniejszej od odległości ogniskowej okularu. Dzięki temu otrzymujemy obraz a'b' pozorny, powiększony i prosty w stosunku do obrazu ab.

Powiększenie liniowe mikroskopu jest iloczynem powiększeń liniowych okularu i obiektywu. Przez powiększenie kątowe zaś, rozumiemy stosunek kąta, pod którym widzimy dany przedmiot za pomocą przyrządu optycznego, do kąta, pod którym widzimy ten sam przedmiot okiem nie uzbrojonym z odległości dobrego widzenia.

Mniejszym odległościom ogniskowym obiektywu i okularu odpowiada większe powiększenie kątowe mikroskopu. Graniczne wartości ogniskowych nowoczesnych mikroskopów wynoszą: dla obiektywów 1,5 mm, dla okularów 8,5-10 mm. Gdy długość tubusa wynosi 20 cm, a odległość wyraźnego widzenia 25 cm, otrzymujemy w tych warunkach powiększenie ok. 3000. Obiektywy i okulary mikroskopów są układami soczewkowymi złożonymi, tak dobranymi by zapewniały możliwie wysoką korekcję otrzymywanych obrazów. Nowoczesne precyzyjne obiektywy stanowią zestawy 8-10 soczewek.

W mikroskopie istotną rolę odgrywa odpowiednie oświetlenie przedmiotu. Na ogół nie wystarcza oświetlenie za pomocą ukośnego zwierciadła. Stosuje się zwykle kondensator rzucające na przedmiot szerokie wiązki zbieżne.

Zastosowanie mikroskopu w dzisiejszej nauce i technice są olbrzymie. Wymienić należy przykładowo kilka dziedzin zastosowań, takich jak biologia, medycyna, metalurgia, chemia itp. Oprócz zwykłych mikroskopów optycznych budowane są różne mikroskopy specjalne np. mikroskop interferencyjny, polaryzujący, mikroskop z kontrastem fazowym itp.

---