Artur Grudziński

Ćwiczenie nr 30.

Temat: Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu.

PODSTAWY TEORETYCZNE

Mikroskop jest to przyrząd optyczny, umożliwiający obserwację drobnych przedmiotów z bliska w dużym powiększeniu. W najprostszym przypadku mikroskop składa się z obiektywu i okularu oraz układu pomocniczego, służącego do oświetlania obserwowanych obiektów. Zasadę działania mikroskopu można wyjaśnić rozpatrując bieg promieni przez dwa skupiające układy soczewek, spełniające rolę obiektywu i okularu (rys. 79.1). Przedmiot o wysokości y₁ znajduje się przed obiektywem Ob W odległości x₁nieznacznie większej od przedmiotowej odległości ogniskowej obiektywu.

0x01 graphic

Obraz o wysokości y'₁ wytworzony przez obiektyw jest rzeczywisty, odwrócony i powiększony i znajduje się w odległości x'₁ za obiektywem. Iloraz {XXX} nazywa się powiększeniem poprzecznym obiektywu. Okular Ok służy do obserwacji obrazu y, który jest dla niego przedmiotem. Oku lar jest tak umieszczony, że obrazy'₁ znajduje się w jego przedmiotowej płaszczyźnie ogniskowej. Okular działa zatem, jak lupa dając obraz pozorny, prosty, znajdujący się w nieskończoności i jest odwzorowywany przez układ optyczny oka na siatkówkę jako y'.

Obserwowany przedmiot umieszcza się zazwyczaj na stoliku z możliwością mikro-przesuwu. Układ oświetlający mikroskopu powinien zapewniać dużą i równomierną luminancję badanego przedmiotu, aby umożliwić uzyskanie odpowiedniej jasności obrazu na siatkówce oka obserwatora.

Powiększenie wizualne mikroskopu definiuje się jako

0x01 graphic

gdzie w'- kąt, pod jakim widać obraz przedmiotu przez mikroskop. w'-kąt, pod jakim widać przedmiot gołym okiem z odległości dobrego widzenia d = 250 mm.

Tangens kąta widzenia gołym okiem wynosi

0x01 graphic

natomiast kąt w', pod jakim widać obraz przedmiotu przez mikroskop można określić ze wzoru

0x01 graphic

Obserwacja przedmiotu okiem nic uzbrojonym:

0x01 graphic

Bezwzględny współczynnik załamania ośrodka n jest jedną z podstawowych wielkości fizycznych, służących do opisywania oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z materią.. Jest on zdefiniowany następującą zależnością:

0x01 graphic

gdzie:

c — prędkość fal elektromagnetycznych w próżni,

v= v(λ) - prędkość fazowa fali w ośrodku.

Fale elektromagnetyczne w materii wykazują dyspersję, tzn. ich prędkość v zależy od częstotliwości fali (lub równoważnie - od długości fali λ). Z tego powodu dyspersyjny jest również współczynnik załamania n.

Gdy fala świetlna pada na granicę rozdziału dwóch jednorodnych, przezroczystych ośrodków o różnych współczynnikach załamania, wtedy jej część odbija się od lej granicy, a reszta przez nią przechodzi. W pewnych warunkach odbicie jest zupełne.

W ośrodkach izotropowych wartość współczynnika załamania nie zależy od kierunku propagacji fali. W ośrodkach optycznie anizotropowych jednoosiowych w tym samym kierunku rozchodzą się dwie fale - zwyczajna i nadzwyczajna. Prędkość fazowa fali zwyczajnej v₀ - podobnie jak w przypadku fal w ośrodku izotropowym - nie zależy od kierunku w krysztale. Natomiast dla fali nadzwyczajnej prędkość fazowa zmienia się od wartości v₀dla kierunku propagacji fali zgodnego z kierunkiem osi optycznej do wartości v_e dla kierunku prostopadłego do osi optycznej. Różnicę współczynników załamania n_e dla fali nadzwyczajnej i n_o dla fali zwyczajnej nazywa się dwójłomnością.

Podczas przechodzenia światła przez granicę dwóch izotropowych ośrodków spełnione jest prawo Snelliusa mówiące, iż promień padający odbity i załamany oraz prostopadła do granicy rozdziału ośrodków leżą w jednej płaszczyźnie (płaszczyźnie padania), oraz że między kątami padania α i załamania β istnieje związek:

0x01 graphic