Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Μεγεθυντικός φακός και μεγεθυντικός φακός
- Απλό έναντι σύνθετου μικροσκοπίου
- Σύνθετο ελαφρύ μικροσκόπιο
- Προειδοποιήσεις
- Βρείτε την μεγέθυνση των μικροσκοπίων
- Πέρα από το μικροσκόπιο και το μεγεθυντικό φακό
- Σημασία των μικροσκοπίων
Η χρήση του καθαρού υλικού για την μεγέθυνση των αντικειμένων χρονολογείται πολύ πίσω στην ιστορία, αλλά η πρώτη απεικόνιση των φακών για γυαλιά χρονολογείται γύρω στο 1350. Τα μεγεθυντικά γυαλιά για ανάγνωση προηγούνται αυτής της απεικόνισης, που χρονολογείται στα τέλη της δεκαετίας του 1200. Παρά τις πρώτες χρήσεις των φακών, η ανακάλυψη του μικροσκοπικού κόσμου των βακτηρίων, των φυκών και των πρωτόζωων περίμενε σχεδόν 300 χρόνια.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Μια διαφορά μεταξύ ενός μεγεθυντικού φακού και ενός σύνθετου μικροσκοπίου φωτός είναι ότι ένας μεγεθυντικός φακός χρησιμοποιεί έναν φακό για να μεγεθύνει ένα αντικείμενο ενώ ένα σύνθετο μικροσκόπιο χρησιμοποιεί δύο ή περισσότερους φακούς. Μια άλλη διαφορά είναι ότι τα μεγεθυντικά φακά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να δουν αδιαφανή και διαφανή αντικείμενα, αλλά ένα σύνθετο μικροσκόπιο απαιτεί το δείγμα να είναι αρκετά λεπτό ή αρκετά διαφανές για να περάσει το φως. Επίσης, ένας μεγεθυντικός φακός χρησιμοποιεί φως περιβάλλοντος, και τα μικροσκόπια φωτός χρησιμοποιούν μια πηγή φωτός (από έναν καθρέφτη ή μια ενσωματωμένη λυχνία) για να φωτίζουν το αντικείμενο.
Μεγεθυντικός φακός και μεγεθυντικός φακός
Οι μεγεθυντικοί φακοί έχουν χρησιμοποιηθεί εδώ και αιώνες. Η εκκίνηση των πυρκαγιών και η διόρθωση της ελαττωματικής όρασης ήταν από τις πρώτες χρήσεις και λειτουργίες μεγεθυντικού φακού. Οι τεκμηριωμένες χρήσεις των φακών άρχισαν στα τέλη του 13ου αιώνα με μεγεθυντικούς φακούς και γυαλιά για να βοηθήσουν τους ανθρώπους να διαβάσουν, οπότε η ένωση γυαλιών με τους μελετητές χρονολογείται στις αρχές του 1300.
Τα μεγεθυντικά γυαλιά χρησιμοποιούν έναν κυρτό φακό τοποθετημένο σε μια θήκη. Οι κυρτοί φακοί είναι λεπτότεροι στις άκρες παρά στη μέση. Καθώς το φως περνά μέσα από τον φακό, οι ακτίνες φωτός σκύβονται προς το κέντρο. Ο μεγεθυντικός φακός επικεντρώνεται στο αντικείμενο όταν τα κύματα φωτός συναντώνται στην επιφάνεια που βλέπουμε.
Απλό έναντι σύνθετου μικροσκοπίου
Ένα απλό μικροσκόπιο χρησιμοποιεί έναν μόνο φακό, έτσι τα μεγεθυντικά φακό είναι απλά μικροσκόπια. Στερεοσκοπικά ή ανατομικά μικροσκόπια είναι επίσης απλά μικροσκόπια. Τα στερεοσκοπικά μικροσκόπια χρησιμοποιούν δύο οφθαλμούς ή προσοφθάλμιους φακούς, έναν για κάθε μάτι, για να επιτρέψουν τη διόφθαλμη όραση και να δώσουν μια τρισδιάστατη όψη του αντικειμένου. Τα στερεοσκοπικά μικροσκόπια μπορεί να έχουν διαφορετικές επιλογές φωτισμού, επιτρέποντας το αντικείμενο να φωτίζεται από πάνω, κάτω ή και από τα δύο. Τα μεγεθυντικά γυαλιά και τα στερεοσκοπικά μικροσκόπια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να δουν λεπτομέρειες σχετικά με τα αδιαφανή αντικείμενα όπως τα πετρώματα, τα έντομα ή τα φυτά.
Τα σύνθετα μικροσκόπια χρησιμοποιούν δύο ή περισσότερους φακούς στη σειρά για να μεγεθύνουν τα αντικείμενα για προβολή. Γενικά, τα σύνθετα μικροσκόπια απαιτούν το δείγμα να είναι αρκετά λεπτό ή αρκετά διαφανές ώστε να μπορεί να περάσει το φως. Αυτά τα μικροσκόπια παρέχουν μεγάλη μεγέθυνση, αλλά η θέα είναι δισδιάστατη.
Σύνθετο ελαφρύ μικροσκόπιο
Τα σύνθετα μικροσκόπια φωτός χρησιμοποιούν πιο συχνά δύο φακούς ευθυγραμμισμένους στο σωληνάριο. Το φως από τη λάμπα ή τον καθρέφτη περνάει μέσα από έναν συμπυκνωτή, το δείγμα και τους δύο φακούς. Ο συμπυκνωτής εστιάζει το φως και μπορεί να έχει μια ίριδα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ρυθμίσει την ποσότητα φωτός που διέρχεται από το δείγμα. Ο προσοφθάλμιος ή ο οφθαλμός περιέχει συνήθως έναν φακό που μεγεθύνει το αντικείμενο για να φαίνεται 10 φορές (επίσης γραμμένο ως 10x) μεγαλύτερο. Ο κατώτερος φακός ή αντικειμενικός φακός μπορεί να αλλάξει περιστρέφοντας ένα αντικείενο αντικειμένων που περιέχει τρεις ή τέσσερις αντικειμενικούς φακούς, καθένας από τους οποίους έχει φακό διαφορετικής μεγέθυνσης. Συνήθως οι αντοχές του αντικειμενικού φακού έχουν τέσσερις φορές (4x), 10 φορές (10x), 40 φορές (40x) και μερικές φορές 100 φορές (100x) μεγεθύνσεις. Ορισμένα σύνθετα μικροσκόπια φωτός περιέχουν επίσης έναν κοίλο φακό για να διορθώσουν τη θολότητα γύρω από τις άκρες.
Προειδοποιήσεις
Τα σύνθετα μικροσκόπια φωτός είναι συνήθως μικροσκόπια φωτεινού πεδίου. Αυτά τα μικροσκόπια μεταδίδουν φως από τον συμπυκνωτή κάτω από το δείγμα, καθιστώντας το δείγμα πιο σκοτεινό σε σύγκριση με το περιβάλλον μέσο. Η διαφάνεια των δειγμάτων μπορεί να καταστήσει δύσκολη την προβολή των λεπτομερειών λόγω της χαμηλής αντίθεσης. Τα δείγματα, επομένως, συχνά κηλιδώνονται για καλύτερη αντίθεση.
Τα μικροσκόπια Darkfield έχουν έναν τροποποιημένο συμπυκνωτή ο οποίος μεταδίδει το φως από μια γωνία. Το γωνιακό φως παρέχει μεγαλύτερη αντίθεση για να δείτε λεπτομέρειες. Το δείγμα φαίνεται ελαφρύτερο από το φόντο. Τα μικροσκόπια Darkfield επιτρέπουν καλύτερες παρατηρήσεις για ζωντανά δείγματα.
Τα μικροσκόπια αντίθεσης φάσης χρησιμοποιούν ειδικούς στόχους και τροποποιημένο συμπυκνωτή, έτσι ώστε τα δείγματα να εμφανίζονται σε αντίθεση με το περιβάλλον υλικό, ακόμη και όταν το δείγμα και το περιβάλλον υλικό είναι οπτικά παρόμοια. Ο πυκνωτής και ο αντικειμενικός φακός ενισχύουν ακόμη και μικρές διαφορές στη μετάδοση του φωτός και τη διάθλαση, αυξάνοντας την αντίθεση. Όπως και με τα μικροσκόπια φωτεινού πεδίου, το δείγμα εμφανίζεται πιο σκούρο από το περιβάλλον υλικό.
Βρείτε την μεγέθυνση των μικροσκοπίων
Η διαφορά μεταξύ του φακού χειρός και των μεγεθών του μικροσκοπίου προέρχεται από τον αριθμό των φακών. Με μεγεθυντικό φακό ή φακό χειρός, η μεγέθυνση περιορίζεται στον απλό φακό. Δεδομένου ότι ο φακός έχει μία εστιακή απόσταση από τον φακό στο σημείο εστίασης, η μεγέθυνση είναι σταθερή. Το 1673 ο Antony van Leeuwenhoek εισήγαγε τον κόσμο στα μικροσκοπικά "animalcules" του χρησιμοποιώντας ένα απλό μικροσκόπιο ή φακό χεριού με μεγέθυνση 300 φορές (300x) πραγματικό μέγεθος. Παρόλο που ο Leeuwenhoek χρησιμοποίησε έναν δι-κοίλο φακό που παρέχει καλύτερη ανάλυση (λιγότερη παραμόρφωση) της εικόνας, οι περισσότεροι μεγεθυντικοί φακοί χρησιμοποιούν έναν κυρτό φακό.
Η εύρεση μεγέθυνσης σε σύνθετα μικροσκόπια απαιτεί να γνωρίζουμε τη μεγέθυνση κάθε φακού που περνάει η εικόνα. Ευτυχώς, οι φακοί συνήθως σημειώνονται. Τα κοινά μικροσκόπια στην τάξη έχουν ένα προσοφθάλμιο που μεγεθύνει το αντικείμενο ώστε να φαίνεται 10 φορές (10x) μεγαλύτερο από το πραγματικό μέγεθος αντικειμένων. Οι αντικειμενικοί φακοί σε σύνθετα μικροσκόπια είναι προσαρτημένοι σε έναν περιστρεφόμενο φακό, ώστε οι θεατές να μπορούν να αλλάξουν το επίπεδο μεγέθυνσης περιστρέφοντάς τον αντικειμενικό φακό σε διαφορετικό φακό.
Για να βρείτε την ολική μεγέθυνση, πολλαπλασιάστε τη μεγέθυνση των φακών μαζί. Αν προβάλλετε ένα αντικείμενο μέσω του αντικειμένου με τη χαμηλότερη ισχύ, η εικόνα θα μεγεθυνθεί 4 φορές από τον αντικειμενικό φακό και θα μεγεθυνθεί 10x από το φακό του προσοφθάλμιου φακού. Η συνολική μεγέθυνση θα είναι συνεπώς 4 × 10 = 40, επομένως η εικόνα θα εμφανιστεί 40 φορές (40x) μεγαλύτερη από το πραγματικό μέγεθος.
Πέρα από το μικροσκόπιο και το μεγεθυντικό φακό
Οι υπολογιστές και η ψηφιακή απεικόνιση έχουν επεκτείνει σημαντικά την ικανότητα των επιστημόνων να βλέπουν τον μικροσκοπικό κόσμο.
Το συνεστιακό μικροσκόπιο τεχνικά θα μπορούσε να ονομαστεί σύνθετο μικροσκόπιο επειδή έχει περισσότερους από έναν φακούς. Οι φακοί και τα κάτοπτρα εστιάζουν τα λέιζερ ώστε να παράγουν εικόνες των φωτεινών στρώσεων του δείγματος. Αυτές οι εικόνες περνούν μέσα από οπές, όπου έχουν καταγραφεί ψηφιακά. Αυτές οι εικόνες μπορούν στη συνέχεια να αποθηκευτούν και να επεξεργαστούν για ανάλυση.
Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια σάρωσης (SEM) χρησιμοποιούν ηλεκτρονικό φωτισμό για τη σάρωση επιχρυσωμένων αντικειμένων. Αυτές οι σαρώσεις παράγουν τρισδιάστατες ασπρόμαυρες εικόνες του εξωτερικού αντικειμένων. Το SEM χρησιμοποιεί έναν ηλεκτροστατικό φακό και αρκετούς ηλεκτρομαγνητικούς φακούς.
Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια μετάδοσης (TEM) χρησιμοποιούν επίσης φωτισμό ηλεκτρονίων με έναν ηλεκτροστατικό φακό και διάφορους ηλεκτρομαγνητικούς φακούς για να σχηματίσουν σάρωση λεπτών φετών μέσα από αντικείμενα. Οι ασπρόμαυρες εικόνες που παράγονται εμφανίζονται δισδιάστατες.
Σημασία των μικροσκοπίων
Οι φακοί ήταν πριν από τα πρώτα αρχεία της χρήσης τους στα τέλη του 13ου αιώνα. Η ανθρώπινη περιέργεια σχεδόν απαίτησε ότι οι άνθρωποι παρατήρησαν την ικανότητα των φακών να εξετάζουν πολύ μικρά αντικείμενα. Ο Αραβικός λόγιος του 10ου αιώνα Al-Hazen υποθέτει ότι το φως ταξίδευε σε ευθείες γραμμές και ότι η όραση εξαρτάται από το φως που αντανακλάται από τα αντικείμενα και στα μάτια των θεατών. Ο Al-Hazen σπούδασε φως και χρώμα χρησιμοποιώντας σφαίρες νερού.
Ωστόσο, η πρώτη εικόνα των φακών γυαλιών (γυαλιά γυαλιών) χρονολογείται γύρω στο 1350. Η εφεύρεση του μικροσκοπίου πρώτης σύνθεσης πιστώνεται στον Ζαχαρίας Janssen και στον πατέρα του, Hans, στη δεκαετία του 1590. Στα τέλη του 1609, ο Galileo γύρισε το σύνθετο μικροσκόπιο ανάποδα για να αρχίσει τις παρατηρήσεις του για τους ουρανούς πάνω του, αλλάζοντας μόνιμα την ανθρώπινη αντίληψη του σύμπαντος. Ο Robert Hooke χρησιμοποίησε το μικροσκόπιο σύνθετου φωτός για να εξερευνήσει τον μικροσκοπικό κόσμο, ονομάστηκε το μοτίβο που είδε σε κυτταρικές φέτες και δημοσίευσε τις πολλές παρατηρήσεις του στο "Micrographia" (1665). Οι μελέτες του Hooke και του Leeuwenhoek τελικά οδήγησαν στη θεωρία των γεννητικών οργάνων και στη σύγχρονη ιατρική.