Vsebina
- Leče v sestavljenem mikroskopu
- Seciranje delov in funkcij mikroskopa
- Antična zgodovina mikroskopskih leč
- Prvi mikroskopi
- Napredek tehnologije mikroskopa
- Leče mikroskopov danes
Pokuk v mikroskop vas lahko popelje v drug svet. Načini, kako mikroskopi majhno približajo predmete, so podobni načinom, na katerega lahko stekla in povečevalna stekla bolje vidijo.
Zlasti mikroskopi delujejo z uporabo leč za lomljenje svetlobe za povečavo celic in drugih vzorcev, ki vas popeljejo v svet mikro velikosti. Mikroskopu pravimo sestavljeni mikroskop, kadar je sestavljen iz več kompletov leč.
Sestavljeni mikroskopi, znani tudi kot optični ali svetlobni mikroskopi, delujejo tako, da se slika zdi veliko večja prek dveh sistemov leč. Prva je očesna ali okularna leča, ki ga pogledate med uporabo mikroskopa, ki se običajno poveča v območju med petkrat in 30-krat. Drugi je objektivni sistem leč ki poveča uporabo magnitude od štirikrat do 100 krat, sestavljeni mikroskopi pa jih imajo običajno tri, štiri ali pet.
Leče v sestavljenem mikroskopu
Sistem objektivnih leč uporablja majhno goriščno razdaljo, razdaljo med lečo in vzorcem ali predmetom, ki ga pregledujemo. Resnična slika vzorca se projicira skozi objektivno lečo, da se ustvari vmesna slika svetlobe, ki se pojavi na leči, ki je projicirana na objektivna ravnina slikovne slike ali primarna slikovna ravnina.
S spreminjanjem objektivnega povečevanja leč se spremeni način povečanja slike v tej projekciji. The optična dolžina cevi se nanaša na razdaljo od zadnje goriščne ravnine cilja do primarne slikovne ravnine v telesu mikroskopa. Osnovna slikovna ravnina je ponavadi znotraj telesa mikroskopa ali znotraj okularja.
Prava slika se nato z mikroskopom projicira na oko osebe. Očesna leča to naredi kot preprosto povečevalno lečo. Ta sistem od objektivnega do očesnega kaže, kako oba sistema leč delujeta drug za drugim.
Sistem sestavljenih leč omogoča znanstvenikom in drugim raziskovalcem, da ustvarijo in preučujejo slike z veliko večjo povečavo, ki bi jih sicer lahko dosegli le z enim mikroskopom. Če bi za dosego teh povečav poskusili uporabiti mikroskop z eno samo lečo, bi morali lečo postaviti zelo blizu očesa ali uporabiti zelo široko lečo.
Seciranje delov in funkcij mikroskopa
Sekcioniranje delov in funkcij mikroskopa vam lahko pokaže, kako vse skupaj delujeta pri preučevanju vzorcev. Približno lahko razdelite odseke mikroskopa na glavo ali telo, podlago in roko z glavo na vrhu, podlago na dnu in roko vmes.
Glava ima okular in okularno cev, ki drži okular na mestu. Očesnik je lahko monokularni ali daljnogled, pri čemer slednji lahko uporabi obroček za nastavitev dioptrije, da postane slika bolj skladna.
Roka mikroskopa vsebuje cilje, ki jih lahko izberete in postavite za različne stopnje povečave. Večina mikroskopov uporablja 4x, 10x, 40x in 100x leče, ki delujejo kot koaksialni gumbi, ki nadzorujejo, kolikokrat leča poveča sliko. To pomeni, da so zgrajene na isti osi kot gumb, ki se uporablja za natančno ostrenje, kot bi pomenilo besedo "koaksialno". Objektivna leča v funkciji mikroskopa
Na dnu je podstavek, ki podpira oder in svetlobni vir, ki štrli skozi zaslonko in projicira sliko skozi preostali del mikroskopa. Pri večjih povečavah se običajno uporabljajo mehanske stopnje, s katerimi lahko premikate dva različna gumba za premikanje levo in desno ter naprej in nazaj.
Zamašek stojala vam omogoča nadzor razdalje med objektivom in drsnikom za še natančnejši ogled primerka.
Pomembno je prilagajanje svetlobe, ki prihaja iz podstavka. Kondenzatorji prejmejo dohodno svetlobo in jo usmerijo na vzorec. Diafragma vam omogoča, da izberete, koliko svetlobe doseže vzorec. Leče v sestavljenem mikroskopu to svetlobo uporabljajo pri ustvarjanju slike za uporabnika. Nekateri mikroskopi uporabljajo ogledala za odsevanje svetlobe na vzorec namesto na svetlobni vir.
Antična zgodovina mikroskopskih leč
Ljudje so preučevali, kako stekla skozi stoletja upogibajo svetlobo. Starodavni rimski matematik Klaudij Ptolemej je matematiko uporabil za razlago natančnega kota loma o tem, kako se slika palice lomi, ko jo damo v vodo. To bi uporabil za določitev konstanto loma ali indeks loma vode.
Z indeksom loma lahko določite, koliko se spreminja hitrost svetlobe, ko preide v drug medij. Za določen medij uporabite enačbo za indeks loma n = c / v za indeks loma n, hitrost svetlobe v vakuumu c (3,8 x 108 m / s) in hitrost svetlobe v mediju v.
Enačbe kažejo, kako se svetloba upočasni pri vnosu medijev, kot so steklo, voda, led ali kateri koli drug medij, ne glede na to, ali je trden, tekoč ali plin. Delo Ptolemysa bi se izkazalo kot ključno za mikroskopijo, pa tudi za optiko in druga področja fizike.
Snells zakon lahko uporabite tudi za merjenje kota, pod katerim se svetlobni žarek prelomi, ko vstopi v medij, približno tako, kot je sklenil Ptolemej. Zakon o srbih je n1/ n2 = sinθ2/ sinθ1 za θ1 kot kot med črto snopa svetlobe in črto roba medija, preden svetloba vstopi v medij in θ2 kot kot po vstopu svetlobe. n1 in _n2__ - če so bili indeksi loma srednje svetlobe prej vključeni, srednja svetloba pa vstopi.
Ko so opravili več raziskav, so učenjaki začeli izkoriščati lastnosti stekla okoli prvega stoletja našega štetja. Do takrat so si Rimljani izumili steklo in ga začeli preizkušati, kako bi lahko povečali tisto, kar je mogoče videti skozi njega.
Začeli so eksperimentirati z različnimi oblikami in velikostmi očal, da bi ugotovili, kako najbolje povečati nekaj, tako da ga pogledate, vključno s tem, kako lahko sončne žarke usmeri v svetlobne predmete na ogenj. Te leče so poimenovali "lupe" ali "goreča očala."
Prvi mikroskopi
Konec 13. stoletja so ljudje začeli ustvarjati očala s pomočjo leč. Leta 1590 sta dva nizozemska moška, Zaccharias Janssen in njegov oče Hans, izvedla poskuse z lečami. Odkrili so, da bi lahko leče ena na drugo v cev povečalo sliko z veliko večjo povečavo, kot bi jo lahko dosegli ena leča, in Zaccharias je kmalu izumil mikroskop. Ta podobnost s sistemom objektivnih mikroskopov kaže, kako daleč sega ideja o uporabi leč kot sistema.
Janssenov mikroskop je uporabljal medeninasti stativ, dolg približno dva metra in pol. Janssen je izdelal primarno medeninasto cev, ki jo je mikroskop uporabljal v polmeru približno en ali pol palca. Medeninasta cev je imela diske tako na dnu kot tudi na vsakem koncu.
Znanstveniki in inženirji so se začeli pojavljati drugi modeli mikroskopov.Nekateri od njih so uporabljali sistem velike cevi, v kateri so bile nameščene še dve cevi, ki sta zdrsnili vanje. Te ročno izdelane cevi bi povečale predmete in služile kot osnova za oblikovanje sodobnih mikroskopov.
Vendar ti mikroskopi še niso bili uporabni za znanstvenike. Podobe bi povečale približno devetkrat, medtem ko bi slike, ki so jih ustvarile, težko videli. Leta kasneje, leta 1609, je astronom Galileo Galilei preučeval fiziko svetlobe in kako bi lahko vplival na materijo na načine, ki bi se izkazali za koristne za mikroskop in teleskop. Dodal je tudi napravo za fokusiranje slike na lasten mikroskop.
Nizozemski znanstvenik Antonie Philips van Leeuwenhoek je leta 1676 uporabil mikroskop z eno lečo, ko bo z majhnimi steklenimi kroglicami postal prvi človek, ki je neposredno opazoval bakterije in postal znan kot "oče mikrobiologije."
Ko je pogledal kapljico vode skozi lečo krogle, je videl bakterije, ki plavajo okoli. Nadaljeval bo z odkritji anatomije rastlin, odkrival krvne celice in naredil na stotine mikroskopov z novimi načini povečevanja. Eden takšnih mikroskopov je lahko 27-krat povečal z eno samo lečo z dvojno konveksnim sistemom lupe.
Napredek tehnologije mikroskopa
Prihajajoča stoletja so prinesla več izboljšav tehnologije mikroskopov. V 18. in 19. stoletju so bile izboljšane zasnove mikroskopov za izboljšanje učinkovitosti in uspešnosti, na primer za izboljšanje stabilnosti in manjših mikroskopov. Različni sistemi objektiv in moč leč so se sami lotili vprašanja zamegljenosti ali pomanjkanja jasnosti na slikah, ki so jih ustvarili mikroskopi.
Napredek znanosti optike je prinesel boljše razumevanje, kako se slike odražajo na različnih ravninah, ki bi jih leče lahko ustvarile. Tako so ustvarjalci mikroskopov med tem napredkom ustvarili natančnejše slike.
V 1890-ih je takratni nemški diplomant August Köhler objavil svoje delo o Köhlerjevi osvetlitvi, ki bi oddajala svetlobo za zmanjšanje optičnega bleščanja, osredotočila svetlobo na predmet mikroskopa in uporabila natančnejše metode za nadzor svetlobe na splošno. Te tehnologije so se opirale na indeks loma, velikost kontraste zaslonke med vzorcem in svetlobo mikroskopa, poleg tega pa še bolj nadzorujejo komponente, kot sta membrana in okular.
Leče mikroskopov danes
Leče se danes razlikujejo od tistih, ki se osredotočajo na posebne barve, do leč, ki veljajo za določene indekse loma. Objektivni lečni sistemi s temi lečami popravljajo kromatsko aberacijo, barvne razlike, kadar se različne barve svetlobe nekoliko razlikujejo v kotu refrakcije. Do tega pride zaradi razlik v valovni dolžini različnih barv svetlobe. Lahko ugotovite, katera leča je primerna za tisto, kar želite preučiti.
Akromatske leče se uporabljajo za indeks loma dveh različnih valovnih dolžin. Na splošno so cenovno ugodne in se kot take pogosto uporabljajo. Pol-apokromatske lečeali fluoritne leče spremenijo indekse loma treh valovnih dolžin svetlobe, da bodo enake. Te se uporabljajo pri preučevanju fluorescence.
Apokromatske lečena drugi strani pa uporabite veliko odprtino za izpustitev svetlobe in doseganje višje ločljivosti. Uporabljali so jih za podrobna opazovanja, vendar so ponavadi dražji. Načrtne leče obravnavajo učinek aberacije ukrivljenosti polja, izgubo ostrine, ko ukrivljena leča ustvari najostrejši fokus slike proč od ravnine, na katero naj bi slika slikala.
Potopne leče povečajo velikost zaslonke s tekočino, ki zapolni prostor med objektivom in vzorcem, kar poveča tudi ločljivost slike.
Z napredkom tehnologije leč in mikroskopov znanstveniki in drugi raziskovalci ugotavljajo natančne vzroke bolezni in posebne celične funkcije, ki so urejale biološke procese. Mikrobiologija je s prostim očesom pokazala cel svet organizmov, ki bi vodil do bolj teoretiziranja in preizkušanja, kaj pomeni biti organizem in kakšna je narava življenja.