ĆW 20- MIKROSKOP.

ZAGADNIENIA:

1.      Optyka geometryczna: odbicie, załamanie, względny i bezwzględny współczynnik załamania, całkowite wewnętrzne odbicie.

Odbicie — zmiana kierunku rozchodzenia się fali na granicy dwóch ośrodków.

Kąt padania to kąt między promieniem padającym a normalną do powierzchni.

Kąt odbicia to kąt między promieniem odbitym a normalną do powierzchni.

Prawo odbicia kąt odbicia jest równy kątowi padania, a promień padający, promień odbity i normalna leżą w jednej płaszczyźnie. W wyniku odbicia zmienia się tylko kierunek rozchodzenia się fali, nie zmienia się jej długość.

Rys z neta

Zjawisko załamania światła- w fizyce to zmiana kierunku rozchodzenia się fali. Promienie świetlne padające na płaszczyznę 2 o rózniej gęstości ośrodków ulegają częściowemu odbiciu i załamniu. Światło z ośrdoka optycznie rzdszego(I) do optycznie gęstszego(II) ulega załamniu i promień świetlny w ośrodku gęstrzym odchyla się w kierunku normalnej. Przyczyną załamnia drogi promieni jest zamiana prędkości rozchodzenia się światła w ośrodkach o róznej gęstości.

Prawo Snelliusa- W stałej temp. Stosunek sin kąta padania i kąta załamania jest dla danych 2 ośrodków wielkością stałą, nazywaną wsp. Załamania światła n. Odpowiada on stosunkowi prędkości światłaV1 w ośrodku optycznie rzadszym do prędkości światła V2 w ośrodku optycznie gęstrzym.

Względny współczynnik załamania światła- Kiedy promień świwtlny przechodzi z jednogo ośrodka do innego Np. z wody do szkła, zachodzi potrzeba oblicznie współ. Załamnia 1subst względem 2.

Bezwzględny współczynnik załamnia światła- Jeżlei 1 ośrodkiem, przez który przechodzi promień świetlny jest powietrze(próznia) wtedy V1=C, więc

c - prędkość światła w próżni (wynosi około 3×10⁸ m/s),

v - prędkość światła w danym ośrodku.

Całkowite wew. Odbicie- Po osiągnięciu pewnego kąta padania promień nie przechodzi do 2 ośrodka, ale całkowicie się odbija w 1 ośrodku. Zachodzi gdy promień świetlny pada na granicę oddzielającą ośrodek optycznie gęstszy od rzadszego.

Kąt padania, dla którego kąt załamania staje się równy 90st nazywa się kątem granicznym.

Odbicie światła Padającego pod kątem większym od kąta granicznego na granicę osrodka rzadszego nazywamy całk.wew.odbiciem.

2. Soczewki: konstrukcja obrazu, wzór soczewkowy, zdolność skupiająca, wpływ środowiska otaczającego soczewkę na jej ogniskową.

Soczewka - proste urządzenie optyczne składające się z jednego lub kilku sklejonych razem bloków przezroczystego materiału (zwykle szkła, ale też różnych tworzyw sztucznych, żeli, minerałów, a nawet parafiny lub kropli wody).

Linia przechodząca przez środki powierzchni kulistych soczewki, nazywa się główną osią optyczną.

W kazdej soczewce istnieje punkt, przez który przechodzą promienie bez zmiany swego kierunku, leży on na głównej osi optycznej i nazywa się środkiem optycznym soczewki.

Odl ogniska od środka soczewki nazywamy ogniskową (f).

Punkt na osi optycznej, w którym zbierają się promienie padające na wypukłą soczewkę(skupiająca) równolegle do jej głównej osi, nazwano ogniskiem soczewki .

W soczewce wklęsłej(rozpraszająca) występuje ognisko pozorne soczewki, gdyż zbierają się tam przedłużenia promieni załamanych.

1.Soczewka skupiająca x > 2f gdy przedmiot leży w odległości większej od podwójnej ogniskowej, jego obraz jest rzeczywisty, odwrócony i pomniejszony i leży między głównym ogniskiem i punktem podwójnej odl ogniskowej.

Rys z neta

2.Soczewka skupiająca x = 2f gdy przedmiot leży w podwójnej odległości ogniskowej to powstaje obraz odwrócony, rzeczywisty i równy co do wielkości przedmiotowi i leży w podwójnej odległości ogniskowej.

3.Soczewka skupiająca 2f > x > f przedmiot znajduje się między punktem w podwójnej odl ogniskowej i głównym ogniskiem. Powstaje obraz odwrócony, rzeczywisty i powiększony i leży w odl większej od podwójhnej ogniskowej.

4.Soczewka skupiająca x = f gdy przedmiot znajduje się w ognisku. Obraz nie powstaje!!!Promienie są równoległe!!!

5.Soczewka skupiająca x < f gdy przedmiot znajduje się między głównym ogniskiem i soczewką to Powstaje obraz prosty, pozorny i powiększony.

 
 

6.Soczewka rozpraszająca- wklęsła w soczewce rozpraszającej niezależnie od odległości obiektu od soczewki otrzymujemy zawsze obraz pomniejszony, pozorny i prosty. 

Wzór soczewkowy: Suma odwrotności odl punktów sprzężonych od środka soczewki równa się odwrotności głównej ogniskowej.

 Równanie soczewki ma postać:


gdzie: 1/f= 1/x + 1/y

f - ogniskowa soczewki.
x- odle przedmiotu od soczewki

y- odl obrazu od soczewki

Zdolność skupiająca soczewki D jest równa odwrotności ogniskowej wyrażana w metrach. Wyrażamy ją w dioptriach.

D - zdolność skupiająca D= 1/f

f - ogniskowa.

Wpływ środowiska otaczającego soczewkę na jej ogniskową.

Ogniskowa f zależy od promieni krzywizny obu powierzchni roboczych R₁ i R₂ oraz współczynników załamania: materiału, z którego zrobiona jest soczewka n i otoczenia n_m (dla powietrza
i wzór upraszcza się).

Dla nieskończenie cienkiej soczewki (tzn. soczewki o pomijalnej grubości) wzór przyjmuje postać

Wzór stosuje się zarówno do wklęsłych, jak i wypukłych soczewek. Przyjęto w nim następującą konwencję: dla powierzchni wypukłej promień krzywizny jest dodatni, a dla wklęsłej ujemny

Dla większości materiałów n > 1, więc taka soczewka będzie miała dodatnią ogniskową i będzie soczewką skupiającą. Im większy współczynnik załamania i mniejszy promień krzywizny, tym krótsza będzie ogniskowa soczewki. Analogicznie, soczewka wklęsło-wklęsła będzie soczewką rozpraszającą.

3. Przejście światła przez układ optyczny oka;  wady wzroku i ich korekcja.

Oko jest układem optycznym. Załamanie światła następuje na rogówce, soczewce ocznej i ciele szklistym. Soczewka oczna wypełniona jest substancją półpłynną o współczynniku załamania 1,437 i w wyniku działania mięśnia rzęskowego może zmieniać swoje promienie krzywizny co nazywamy akomodacją. Soczewka przy rozluźnionych mięśniach rzęskowych ma zdolność skupiającą 13D. Zdolność skupiająca dla typowego oka ludzkiego przy rozluźnionych mięśniach akomodacyjnych wynosi więc 58,5 dioptrii, a ogniskowa 17,1mm. Oglądany przedmiot znajduje się w odległości dalszej niż dwie ogniskowe, a obraz powstaje na siatkówce gdzie znajdują się receptory wzrokowe (czopki i pręciki). Jest to obraz rzeczywisty, pomniejszony i odwrócony.

Krótkowzroczność występuje, gdy ognisko oka znajduje się przed siatkówką. . Promienie równoległe, które w nieakomodującym oku miarowym ogniskowane są na siatkówce, w nieakomodującym oku krótkowzrocznym ogniskowane są przed siatkówką. Przyczyną jest zbyt duża zdolność łamiąca soczewki lub zbyt długa gałka oczna. Człowiek mający tę wadę wzroku nie widzi ostro bez odpowiednich okularów przedmiotów odległych, ale może poprawnie widzieć przedmioty bliskie. Dlatego ludzie odznaczający się krótkowzrocznością, aby lepiej widzieć zbliżają przedmioty do oka. Korekcja krótkowzroczności odbywa się za pomocą okularów z soczewkami rozpraszającymi.Krótkowidz patrząc na obiekty odległe nie może pomóc sobie akomodacją, jak to czyni dalekowidz

Rys z neta

Nadwzroczność (dalekowzroczność) występuje gdy punkt bliski jest bardzo daleko a na ogół go w ogóle nie ma i wtedy oko nie widzi ostro żadnych przedmiotów. Ognisko układu optycznego oka leży wówczas daleko za siatkówką- Promienie równoległe, które w nieakomodującym oku miarowym ogniskowane są na siatkówce, w nieakomodującym oku nadwzrocznym ogniskowane są za siatkówką. Dlatego nazwanie tej wady "dalekowzrocznością" jest bardzo mylące, bo człowiek może nie widzi dobrze ani przedmiotów bliskich ani dalekich. Dlatego polscy okuliści nie nazywają tej wady "dalekowzrocznością" lecz nadwzrocznością. Należy wówczas zawsze używać okularów skupiających. Przyczyna tego schorzenia może być wrodzona.

Niezborność wzrokowa czyli astygmatyzm polega na tym, że promienie biegnące w jednej płaszczyźnie są załamywane inaczej (silniej lub słabiej) niż promienie biegnące w innej płaszczyźnie. Obrazy powstające na siatkówce są niewyraźne, powstają trudności w pracy a bliska, bóle oczu i głowy. Astygmatyzm oczu jest najczęściej spowodowany nieprawidłową budową rogówki. Korekcje wykonuje się za pomocą soczewek cylindrycznych.

4. Mikroskop, konstrukcja obrazu w mikroskopie, zdolność rozdzielcza, powiększenie.

Mikroskop optyczny to urządzenie do silnego powiększania obrazu, wykorzystujące do generowania tego obrazu światło przechodzące przez specjalny układ optyczny składający się zazwyczaj z 2 soczewek (obiektywu- krótkoogniskowa soczewka i okularu- długoogniskowa)

Budowa standardowego mikroskopu optycznego z oświetleniem próbki od dołu:

1. Okular osadzony w tubusie; służą do powiększenia (i obserwacji ocznej) obrazu tworzonego przez obiektyw mikroskopu, dodatkowo mogą korygować wady obrazu z obiektywu,

2. Rewolwer;

3. Obiektyw; zbierają światło wychodzące z przedmiotu i tworzą jego powiększony obraz,

4. Śruba makrometryczna;

5. Śruba mikrometryczna;

6. Stolik;

7. Źródło światła (w prostszych modelach zwierciadło oświetlające);

8. Kondensor;

9. Statyw

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,

Bieg promieni w mikroskopie i schemat powstawania obrazu przedstawiono na rysunku:

Przedmiot umieszczony jest w niewielkiej odległości za ogniskiem obiektywu. Obiektyw daje obraz powiększony, odwrócony i rzeczywisty - obraz ₁ jest przedmiotem dla okularu i znajduje się między ogniskiem a okularem. Obraz, jaki daje okular jest pozorny, prosty, powiększony i znajduje się w odległości dobrego widzenia od okularu

Ważną wielkością charakteryzującą mikroskop i decydującą o jakości obrazu jest jego zdolność rozdzielcza- najmniejsza odległość między dwoma punktami, które mikroskop pozwala jeszcze rozróżnić.

Przy słabej zdolności rozdzielczej dwa punkty preparatu leżące blisko siebie widoczne są jako jeden, a wraz z jej polepszeniem oddalenie obrazu tych punktów od siebie rośnie. ZDOLNOŚĆ ROZDZIELCZĄ mikroskopu opisuje wzór:

d= dł fali/ 2A

gdzie:

d- zdolność rozdzielcza,

λ - długość fali światła oświetlającego preparat,

A- apertura numeryczna obiektywu.

Apertura numeryczna jest wielkością charakteryzującą obiektyw i jest zaznaczona na jego oprawie.

Zdol­ność rozdzielcza mikroskopu zależy od długości fali świata oświetlającego preparat i jest do niej wprost proporcjonalna, a także od numerycznej apertury obiektywu (NA), do której jest odwrotnie proporcjonalna. Zdolność rozdzielcza mikroskopu optycznego rośnie ze wzrostem apertury i zmniejszeniem długości fali świetlnej

Powiększenie mikroskopu Przedmiot umieszczamy przed ogniskiem obiektywu w ten sposób otrzymamy znacznie powiększony i rzeczywisty obraz. Max powiększenie jest ograniczone w mikroskopie optycznym efektami dyfrakcji światła na bardzo małych elementach, będących obiektem obserwacji. Obraz otrzymywany w obiektywie jest rzeczywisty, odwrócony i powiększony.

Mikroskop umożliwia uzyskiwanie dużych powiększeń dzięki dwukrotnemu powiększaniu obrazu: najpierw w obiektywie, a następnie w okularze. Całkowite powiększenie p_C jest iloczynem powiększeń okularu p_ok i obiektywu p_ob: p_C = p_ob·p_ok
Powiększenie mikroskopu można również wyrazić wzorem:

gdzie:

f₁, f₂ - ogniskowe okularu i obiektywu,
l - długość tubusu mikroskopu (odległość pomiędzy okularem i obiektywem).
d- odl dobrego widzenia(najmniejsza odległość, z której oko ludzkie widzi ostro bez wysiłku)

5. Do czego służy olejek immersyjny?

Zdolność rozdzielczą mikroskopu można powiększyć przez zwiększenie apertury numerycznej. Zwiększenie apertury numerycznej obiektywu można osiągnąć przez wypełnienie przestrzeni między preparatem a obiektywem cieczą o współczynniku załamania światła większym od współczynnika załamania światła w powietrzu, np. olejkiem immersyjnym.

6. Niepewności pomiarowe - błąd bezwzględny, względny, metoda pochodnej logarytmicznej 

Błędem bezwzględnym nazywa się różnicę pomiędzy wartością zmierzoną x, a wartością dokładną x₀

przy czym wartość dokładna nie jest znana. Może być ona określona w sposób przybliżony np. jako wynik teoretycznych obliczeń, średnia arytmetyczna wzięta z dużej liczby pomiarów

Błąd względny to iloraz błędu bezwzględnego i wartości dokładnej x₀

Gdzie: x - wartość mierzona, Δx - błąd bezwzględny.

Błąd względny procentowy:

Metoda pochodnej logarytmicznej:

Nie mam pojęcia

---