NAZWISKO: Janik IMIE: Janusz KIERUNEK:FIZYKA Z INFORMATYKĄ ROK STUDIÓW: II GRUPA LABORATORYJNA: II		UNIWERSYTET RZESZOWSKI I PRACOWNIA FIZYCZNA
				WYKONANO		ODDANO
				DATA	PODPIS	DATA	PODPIS
Ćwiczenie Nr: 73a	Temat: Cechowanie skali mikrometru okularowego i pomiar małych odległości.

I.CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Mikroskop optyczny, przyrząd optyczny służący do uzyskiwania silnie powiększonych obrazów małych przedmiotów. Zasadniczo zbudowany jest z tubusu zawierającego na swoich końcach okular i obiektyw (oba działające jak soczewki skupiające). Ponadto mikroskop optyczny posiada układ oświetlenia preparatu (kondensor) i stolik preparatowy (czasami wyposażony w mikromanipulator).

Opis: Mikroskop optyczny: A - okular, B - śruba mikrometryczna, C - śruba mikrometryczna, D - obiektyw bagnetowy(wymienny), E - płytka szklana z badaną próbką, F - blaszki mocujące próbkę, G - lusterko, H - pokrętło nastawne lusterka, I - korpus, J - podstawa.

Obiektyw mikroskopu optycznego daje rzeczywisty, odwrócony i powiększony obraz przedmiotu, okular pełni rolę lupy, przez którą ogląda się obraz dawany przez obiektyw. Obraz oglądany w okularze jest obrazem pozornym i silnie powiększonym, powiększenie kątowe mikroskopu optycznego wyraża się wzorem: w=(xD)/(fF), gdzie x - długość rury tubusa, D - odległość dobrego widzenia (250 mm), f i F odpowiednio: ogniskowa obiektywu i okularu. Przy znanych oddzielnie powiększeniach okularu i obiektywu powiększenie mikroskopu optycznego jest iloczynem tych powiększeń. W praktyce stosuje się powiększenia od kilkudziesięcio- do ponad tysiąckrotnych.

Najlepsze mikroskopy optyczne pozwalają dostrzegać szczegóły przedmiotu o rozmiarach kilkuset nm. Dalszy wzrost zdolności rozdzielczej jest ograniczony długością fali światła, pewne poprawienie zdolności rozdzielczej można uzyskać konstruując mikroskop optyczny do obserwacji w nadfiolecie (tzw. mikroskopy ultrafioletowe). Jasność obrazu mikroskopu optycznego jest proporcjonalna do rozwartości kąta wiązki wchodzącej do obiektywu (tzw. apertura wejściowa mikroskopu optycznego, imersyjny obiektyw mikroskopu).

W konstrukcji obiektywu pożądane jest też uzyskanie jak najmniejszej ogniskowej, oba te czynniki powodują, że bieg promieni daleki jest od biegu promieni przyosiowych, stąd poważnym problemem przy wykonywaniu obiektywów mikroskopowych jest usunięcie powstających wad optycznych (aberracje układów optycznych). W tym celu jako obiektywy stosuje się skomplikowane, wielosoczewkowe układy optyczne (najprostszy z nich, tzw. obiektyw aplanatyczny Amiciego, posiada 6 soczewek). Jako okular stosuje się układ Huygensa (rzadziej Ramsdena).

Często używane są mikroskopy stereoskopowe, będące układem dwóch prawie równoległych mikroskopów optycznych, lub mikroskopy wyposażone w tzw. binokular (dwuoczny okular). Możliwe jest też stosowanie różnych specjalistycznych nakładek okularowych umożliwiających fotografowanie lub odrysowywanie obserwowanych przedmiotów.

Ze względu na warunki oświetlenia preparatu wyróżnia się kilka metod obserwacji mikroskopowych:

a) metoda obserwacji jasnego pola w świetle przechodzącym (preparaty częściowo pochłaniające światło, np. przezroczyste, ale zabarwione),

b) metoda obserwacji ciemnego pola w świetle przechodzącym (preparaty przezroczyste niebarwione, wykorzystane jest tylko światło rozproszone),

c) metoda obserwacji ciemnego pola w świetle odbitym (preparaty nieprzezroczyste, wykorzystuje się światło rozproszone),

d) metoda kontrastu fazowego (do obserwacji przedmiotów przezroczystych i bezbarwnych, zastosowanie specjalnego układu optycznego ujawnia różnice w drogach optycznych różnych promieni, F. Zernike),

e) metoda interferencyjna (obserwacja interferencji światła przechodzącego przez przezroczysty preparat).

Mikroskop optyczny został wynaleziony ok. 1590 w Niderlandach przez Z. van Jansena (luneta), udoskonalony i zastosowany do badań w 1. poł. XVII w. przez A. van Leeuwenhoeka. Teorię mikroskopu optycznego podał E. Abbe (1873).

Stosowanie coraz to większych powiększeń mikroskopu zgodne jest ze wzorem

gdzie K - powiększenie mikroskopu

s - odległość dokładnego widzenia

f₂ - ogniskowa okularu

l - odległość obrazu

Obiektywy posiadają ograniczoną zdolność rozdzielczą, tzn. pozwalają rozróżnić w otrzymanym obrazie tylko minimalną odległość d_min dwu punktów przedmiotu. Warunkiem utworzenia przez obiektyw obrazu rzeczywistego jakiegoś punktu A przedmiotu jest zebranie w jednym punkcie co najmniej dwóch załamanych promieni wodzących do obiektywu i zgodnych w fazie. Aby promienie te wzmacniały się musi być spełnione równanie sieci dyfrakcyjnej:

Jeżeli między obiektyw i obserwowany przedmiot wprowadzimy ośrodek o współczynniku załamania n względem powietrza otrzymamy wówczas:

Z równania tego widać, że o zdolności rozdzielczej mikroskopu decyduje wyrażenie: A=sinφ zwane aperturą numeryczną obiektywu.

Dla zmierzenia długości małego odcinka umieszcza się w płaszczyźnie pierwszego rzeczywistego obrazu dowolną podziałkę nakreśloną na płytce szklanej, tzw. skalę okularu. W mikroskopie widać wówczas jednakowo ostro powiększony obraz małego odcinka i obraz podziałek skali. Można policzyć, ile podziałek przypada na dany odcinek. Aby przeliczyć podziałki okularu na milimetry, należy na wstępie przeprowadzić cechowanie okularu. Znacznie ułatwia pomiar zastosowanie tzw. okularu mikrometrycznego, który zawiera w sobie urządzenie śrubowe, pozwalające na przesuwanie, poprzeczne do osi mikroskopu. Przesuwająca śruba połączona jest z bębnem, na którego obwodzie wykreślone są podziałki. Aby zmierzyć odległość między punktami obrazu oglądanego w mikroskopie należy ustalić, jakiemu przesuwowi krzyża odpowiada jedna podziałka bębna. W tym celu na stoliku mikroskopu przed obiektywem umieszczamy nakreśloną na szkle podziałkę milimetrową, której kreski znajdują się w odległości 0,01[mm]. Ostry obraz skali w środkowej części pola widzenia podobny jest do normalnej skali milimetrowej. Odległość między sąsiednimi długimi kreskami jest równa 0,1[mm]. Obracając bęben ustawiamy krzyż na podziałce zerowej skali i odczytujemy odpowiednią podziałkę bębna. Następnie przesuwamy krzyż do następnej długiej kreski i odczytujemy podziałkę bębna nie zapominając o liczeniu obrotów. Krzyż przesuwamy do końca skali mikrometru, która zwykle ma 100 podziałek po 0,01[mm]. Wartość średniej a jednej podziałki bębna liczymy ze wzoru

gdzie n - średnia liczba podziałek bębna

II. WYKONANIE ĆWICZENIA:

1. Wkładam do mikroskopu okular pomiarowy. Na stoliku mikroskopu mocuję mikrometr przedmiotowy. Oświetlam pole widzenia za pomocą dolnego zwierciadła. Reguluję ustawienie tubusa, tak by zobaczyć ostry obraz podziałki mikrometru przedmiotowego.

Aby nie zgnieść szkiełka mikrometru przedmiotowego należy obserwując go z boku ostrożnie opuścić tubus mikroskopu do położenia w którym obiektyw prawie styka się ze skalą. Następnie przesuwając tubus do góry ustawić mikroskop na ostre widzenie podziałki.

2. Określam ile działek „z” mikrometru przedmiotowego pokrywa się z całkowitą możliwie dużą, liczbą działek „n” mikrometru okularowego. Znając odległość „a” między działkami mikrometru przedmiotowego obliczam jakiej odległości „x” odpowiada jedna działka skali mikrometru okularowego.

3. Zastępuję mikrometr przedmiotowy przedmiotem, który mam zmierzyć.

4. Liczę, ile podziałek „k” skali mikrometru okularowego odpowiada np.: średnicy zmierzonego przeze mnie przedmiotu i obliczam jego wymiary (l).

III. OBLICZENIA.

1. k = 73

grubość = k ^. x = 73 ^. 0,009 = 0,657mm

2. k = 58

grubość = 58 ^. 0,009 = 0,522mm

3. k = 26

grubość = 26 ^. 0,009 = 0,234mm

4. k = 15

grubość = 15 ^. 0,009 = 0,135mm

IV. WNIOSKI.

Otrzymane wyniki są bardzo prawdopodobne. Na błąd tych wartości bezpośredni wpływ mogły mieć niedokładności związane z ustawieniem idealnej ostrości, co z kolei mogło wpłynąć na dokładność wyznaczenia podziałki przyrządu oraz odczytu na niej rozmiarów obiektów.

5

---