Περιεχόμενο
- Φακοί σε σύνθετο μικροσκόπιο
- Τμήματα και λειτουργίες μικροσκοπίου
- Αρχαία Ιστορία Φακών Μικροσκοπίου
- Τα πρώτα μικροσκόπια
- Προηγμένες τεχνολογίες μικροσκοπίων
- Φακοί μικροσκοπίων σήμερα
Το να ρίξετε μια ματιά σε ένα μικροσκόπιο μπορεί να σας οδηγήσει σε έναν διαφορετικό κόσμο. Οι τρόποι με τους οποίους τα μικροσκόπια μεγεθύνουν τα αντικείμενα σε μικρή κλίμακα είναι παρόμοια με το πώς τα γυαλιά και οι μεγεθυντικοί φακοί σας επιτρέπουν να βλέπετε καλύτερα.
Τα σύνθετα μικροσκόπια λειτουργούν ειδικά με τη χρήση διάταξης φακών για τη διάθλαση του φωτός για μεγέθυνση σε κύτταρα και άλλα δείγματα για να σας μεταφέρουν σε έναν κόσμο μικρού μεγέθους. Ένα μικροσκόπιο ονομάζεται σύνθετο μικροσκόπιο όταν αποτελείται από περισσότερα από ένα σετ φακών.
Σύνθετα μικροσκόπια, επίσης γνωστά ως οπτικά ή ελαφρά μικροσκόπια, δουλεύουν κάνοντας μια εικόνα να φαίνεται πολύ μεγαλύτερη μέσω δύο συστημάτων φακών. Το πρώτο είναι το φακού οφθαλμού ή προσοφθάλμιου φακού, που εξετάζετε όταν χρησιμοποιείτε το μικροσκόπιο που συνήθως μεγενθύνεται σε μια περιοχή μεταξύ πέντε και 30 φορές. Το δεύτερο είναι το αντικειμενικό σύστημα φακού που μεγεθύνει τη χρήση μεγεθών από τέσσερις φορές έως και 100 φορές και σύνθετα μικροσκόπια έχουν συνήθως τρία, τέσσερα ή πέντε από αυτά.
Φακοί σε σύνθετο μικροσκόπιο
Το σύστημα αντικειμενικού φακού χρησιμοποιεί μικρή εστιακή απόσταση, την απόσταση μεταξύ του φακού και του εξεταζόμενου δείγματος ή αντικειμένου. Η πραγματική εικόνα του δείγματος προβάλλεται μέσω του αντικειμενικού φακού για να δημιουργηθεί μια ενδιάμεση εικόνα από το φως που προσπίπτει στον φακό ο οποίος προβάλλεται πάνω στο αντικειμενικό επίπεδο συζευγμένης εικόνας ή το επίπεδο πρωτογενούς εικόνας.
Η αλλαγή της μεγέθυνσης του αντικειμενικού φακού αλλάζει τον τρόπο κλιμάκωσης αυτής της εικόνας σε αυτήν την προβολή. ο μήκος οπτικού σωλήνα αναφέρεται στην απόσταση από το οπίσθιο εστιακό επίπεδο του αντικειμένου προς το επίπεδο πρωτογενούς εικόνας εντός του σώματος μικροσκοπίου. Το επίπεδο πρωτογενούς εικόνας είναι συνήθως είτε μέσα στο ίδιο το σώμα του μικροσκοπίου είτε μέσα στον προσοφθάλμιο φακό.
Η πραγματική εικόνα προβάλλεται στο μάτι του ατόμου χρησιμοποιώντας το μικροσκόπιο. Ο οφθαλμικός φακός το κάνει ως απλό μεγεθυντικό φακό. Αυτό το σύστημα από αντικειμενικό σε οφθαλμικό δείχνει πως τα δύο συστήματα φακών λειτουργούν το ένα μετά το άλλο.
Το σύνθετο σύστημα φακών επιτρέπει στους επιστήμονες και σε άλλους ερευνητές να δημιουργούν και να μελετούν εικόνες σε πολύ μεγαλύτερη μεγέθυνση που διαφορετικά θα μπορούσαν να επιτύχουν μόνο με ένα μικροσκόπιο. Αν προσπαθούσατε να χρησιμοποιήσετε ένα μικροσκόπιο με ένα μόνο φακό για να επιτύχετε αυτές τις μεγεθύνσεις, θα πρέπει να τοποθετήσετε το φακό πολύ κοντά στο μάτι σας ή να χρησιμοποιήσετε έναν πολύ ευρύ φακό.
Τμήματα και λειτουργίες μικροσκοπίου
Τα τμήματα και οι λειτουργίες του μικροσκοπίου μπορούν να σας δείξουν πώς συνεργάζονται όλοι μαζί κατά τη μελέτη των δειγμάτων. Μπορείτε να διαιρέσετε κατά προσέγγιση τμήματα του μικροσκοπίου στην κεφαλή ή το σώμα, τη βάση και τον βραχίονα με την κεφαλή στην κορυφή, τη βάση στο κάτω μέρος και το βραχίονα ανάμεσα.
Το κεφάλι έχει ένα προσοφθάλμιο και σωλήνα προσοφθάλμιου φακού που κρατάει τον προσοφθάλμιο στη θέση του. Ο προσοφθάλμιος φακός μπορεί να είναι μονόφθαλμος ή διόφθαλμος, ο τελευταίος από τον οποίο μπορεί να χρησιμοποιήσει δακτύλιο ρύθμισης διόπτρας για να καταστήσει την εικόνα πιο συνεπή.
Ο βραχίονας του μικροσκοπίου περιέχει τους στόχους που μπορείτε να επιλέξετε και τοποθετήστε για διαφορετικά επίπεδα μεγέθυνσης. Τα περισσότερα μικροσκόπια χρησιμοποιούν φακούς 4x, 10x, 40x και 100x που λειτουργούν ως ομοαξονικά κουμπιά, ελέγχοντας πόσες φορές ο φακός μεγεθύνει την εικόνα. Αυτό σημαίνει ότι είναι χτισμένα στον ίδιο άξονα με το κουμπί που χρησιμοποιείται για μια λεπτή εστίαση, όπως θα σήμαινε η λέξη "ομοαξονική". Ο αντικειμενικός φακός σε λειτουργία μικροσκοπίου
Στο κάτω μέρος βρίσκεται η βάση που υποστηρίζει τη σκηνή και την πηγή φωτός που προβάλλει μέσα από ένα άνοιγμα και αφήνει την εικόνα να προβάλλεται μέσω του υπόλοιπου μικροσκοπίου. Οι μεγαλύτερες μεγεθύνσεις συνήθως χρησιμοποιούν μηχανικές σκηνές που σας επιτρέπουν να χρησιμοποιήσετε δύο διαφορετικά κουμπιά για να μετακινηθείτε τόσο αριστερά όσο και δεξιά και προς τα εμπρός και προς τα πίσω.
Η στάση του ικριώματος σας επιτρέπει να ελέγχετε την απόσταση μεταξύ του φακού του αντικειμενικού φακού και της ολίσθησης για να δείτε ακόμα πιο προσεκτικά το δείγμα.
Η ρύθμιση του φωτός που προέρχεται από τη βάση είναι σημαντική. Οι συμπυκνωτές λαμβάνουν το εισερχόμενο φως και το εστιάζουν στο δείγμα. Το διάφραγμα σάς επιτρέπει να επιλέξετε πόσο φως φθάνει το δείγμα. Οι φακοί σε σύνθετο μικροσκόπιο χρησιμοποιούν αυτό το φως για τη δημιουργία της εικόνας για τον χρήστη. Ορισμένα μικροσκόπια χρησιμοποιούν καθρέφτες για να αντανακλούν το φως πίσω στο δείγμα αντί για πηγή φωτός.
Αρχαία Ιστορία Φακών Μικροσκοπίου
Οι άνθρωποι έχουν μελετήσει πώς γυαλί στρέφει το φως για αιώνες. Ο αρχαίος ρωμαϊκός μαθηματικός Κλαύδιος Πτολεμαίος χρησιμοποίησε τα μαθηματικά για να εξηγήσει την ακριβή γωνία της διάθλασης για το πώς η εικόνα ενός ραβδιού διαθλάστηκε όταν τοποθετείται στο νερό. Θα χρησιμοποιήσει αυτό για να καθορίσει το τη σταθερά διάθλασης ή το δείκτη διάθλασης για το νερό.
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον δείκτη διάθλασης για να καθορίσετε πόσο αλλάζει η ταχύτητα του φωτός όταν μεταφέρεται σε άλλο μέσο. Για ένα συγκεκριμένο μέσο, χρησιμοποιήστε την εξίσωση για δείκτη διάθλασης n = c / v για δείκτη διάθλασης n, ταχύτητα φωτός σε κενό ντο (3,8 χ 108 m / s) και ταχύτητα φωτός στο μέσο v.
Οι εξισώσεις δείχνουν πως ο φωτισμός επιβραδύνεται όταν εισάγετε μέσα όπως γυαλί, νερό, πάγο ή οποιοδήποτε άλλο μέσο, είτε το στερεό, το υγρό ή το αέριο. Οι εργασίες του Ptolemys θα αποδειχθούν ουσιαστικές για τη μικροσκοπία καθώς και για την οπτική και άλλους τομείς της φυσικής.
Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε το νόμο Snells για να μετρήσετε τη γωνία κατά την οποία μια δέσμη φωτός ανασκάπτεται όταν εισέρχεται σε ένα μέσο, με τον ίδιο τρόπο που ο Πτολεμαίος συνήγαγε. Ο νόμος Snells είναι n1/ n2 = sinθ2/ sinθ1 Για θ1 ως η γωνία μεταξύ της γραμμής της δέσμης φωτός και της γραμμής της ακμής του μέσου πριν από την είσοδο του φωτός στο μέσο και θ2 καθώς εισέρχεται η γωνία μετά το φως. n1 και _n2__ οι δείκτες διάθλασης για το μέσο φως ήταν προηγουμένως και το μέσο φως μπαίνει.
Καθώς έγινε περισσότερη έρευνα, οι μελετητές άρχισαν να εκμεταλλεύονται τις ιδιότητες του γυαλιού γύρω στον πρώτο αιώνα μ.Χ. Μέχρι εκείνη την εποχή, οι Ρωμαίοι είχαν εφεύρει γυαλί και άρχισαν να το δοκιμάζουν για τις χρήσεις τους για να μεγεθύνουν αυτό που μπορεί να δει μέσα από αυτό.
Ξεκίνησαν να πειραματίζονται με διαφορετικά σχήματα και μεγέθη γυαλιών για να βρουν τον καλύτερο τρόπο να μεγεθύνουν κάτι κοιτάζοντας μέσα από αυτό, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου με τον οποίο θα μπορούσε να κατευθύνει τις ακτίνες του ήλιου σε φωτισμένα αντικείμενα στη φωτιά. Κάλεσαν αυτούς τους φακούς "μεγεθυντές" ή "καίγοντας γυαλιά".
Τα πρώτα μικροσκόπια
Κοντά στο τέλος του 13ου αιώνα, οι άνθρωποι άρχισαν να δημιουργούν γυαλιά χρησιμοποιώντας φακούς. Το 1590, δύο Ολλανδοί άντρες, Ζαχαρίας Janssen και ο πατέρας του Hans, πραγματοποίησαν πειράματα χρησιμοποιώντας τους φακούς. Ανακάλυψαν ότι η τοποθέτηση των φακών στην κορυφή του άλλου σε ένα σωλήνα θα μπορούσε να διευρύνει μια εικόνα με πολύ μεγαλύτερη μεγέθυνση από ό, τι θα μπορούσε να επιτύχει ένας μόνο φακός και ο Ζαχαρίας σύντομα εφευρέθηκε το μικροσκόπιο. Αυτή η ομοιότητα με το σύστημα αντικειμενικών φακών των μικροσκοπίων δείχνει πόσο πίσω η ιδέα της χρήσης φακών ως συστήματος πηγαίνει.
Το μικροσκόπιο Janssen χρησιμοποίησε ένα τρίποδο ορειχάλκου μήκους περίπου δυόμισι ποδιών. Ο Janssen δημιούργησε τον κύριο σωλήνα ορειχάλκου που χρησιμοποίησε το μικροσκόπιο περίπου σε ίντσες ή μισή ίντσα σε ακτίνα. Ο ορείχαλκος σωλήνας είχε δίσκους στη βάση καθώς και σε κάθε άκρο.
Άλλα σχέδια μικροσκοπίου άρχισαν να προκύπτουν από επιστήμονες και μηχανικούς.Κάποιοι από αυτούς χρησιμοποίησαν ένα σύστημα ενός μεγάλου σωλήνα που στεγάζονταν δύο άλλους σωλήνες που γλίστρησαν μέσα τους. Αυτοί οι χειροποίητοι σωλήνες θα μεγεθύνουν αντικείμενα και θα χρησιμεύσουν ως βάση για το σχεδιασμό σύγχρονων μικροσκοπίων.
Αυτά τα μικροσκόπια δεν μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για επιστήμονες. Θα μεγεθύνουν τις εικόνες περίπου εννέα φορές, αφήνοντας δύσκολο να δουν τις εικόνες που δημιουργούν. Χρόνια αργότερα, μέχρι το 1609, ο αστρονόμος Galileo Galilei μελετούσε τη φυσική του φωτός και πώς θα αλληλεπιδρούσε με την ύλη με τρόπους που θα αποδειχθούν ευεργετικοί για το μικροσκόπιο και το τηλεσκόπιο. Προσθέτει επίσης μια συσκευή για να εστιάσει την εικόνα στο μικροσκόπιο του.
Ο Ολλανδός επιστήμονας Antonie Philips van Leeuwenhoek χρησιμοποίησε ένα μικροσκόπιο με ένα φακό το 1676 όταν χρησιμοποίησε μικρές γυάλινες σφαίρες για να γίνει ο πρώτος άνθρωπος που παρατηρεί τα βακτηρίδια άμεσα και έγινε γνωστός ως "ο πατέρας της μικροβιολογίας".
Όταν κοίταξε μια σταγόνα νερό μέσα από το φακό της σφαίρας, είδε τα βακτήρια να επιπλέουν στο νερό. Θα συνέχιζε να κάνει ανακαλύψεις στην ανατομία των φυτών, να ανακαλύψει κύτταρα αίματος και να κάνει εκατοντάδες μικροσκόπια με νέους τρόπους μεγεθύνσεως. Ένα τέτοιο μικροσκόπιο ήταν σε θέση να χρησιμοποιήσει τη μεγέθυνση σε 275 φορές χρησιμοποιώντας ένα μόνο φακό με διπλό κυρτό σύστημα μεγεθυντών.
Προηγμένες τεχνολογίες μικροσκοπίων
Οι επόμενοι αιώνες έφεραν περισσότερες βελτιώσεις στην τεχνολογία μικροσκοπίου. Ο 18ος και ο 19ος αιώνας είδαν τις βελτιώσεις στα σχέδια του μικροσκοπίου για τη βελτιστοποίηση της αποτελεσματικότητας και της αποτελεσματικότητας, όπως η κατασκευή των ίδιων των μικροσκοπίων πιο σταθερά και μικρότερα. Τα διαφορετικά συστήματα φακών και η ισχύς των φακών εξετάστηκαν από μόνα τους στα ζητήματα της θολότητας ή της έλλειψης σαφήνειας στις εικόνες που παρήγαγαν τα μικροσκόπια.
Οι προόδους στην οπτική της επιστήμης έδωσαν μια μεγαλύτερη κατανόηση του πώς απεικονίζονται οι εικόνες σε διαφορετικά επίπεδα που θα μπορούσαν να δημιουργήσουν οι φακοί. Αυτό επιτρέπει στους δημιουργούς μικροσκοπίων να δημιουργούν πιο ακριβείς εικόνες κατά τη διάρκεια αυτών των προόδων.
Στη δεκαετία του 1890, τότε ο Γερμανός μεταπτυχιακός φοιτητής August Köhler δημοσίευσε το έργο του σχετικά με τον φωτισμό Köhler που θα διανέμει φως για τη μείωση της οπτικής αντανάκλασης, θα εστιάζει το φως στο θέμα του μικροσκοπίου και θα χρησιμοποιεί πιο ακριβείς μεθόδους ελέγχου του φωτός εν γένει. Αυτές οι τεχνολογίες βασίστηκαν στον δείκτη διάθλασης, το μέγεθος της διαφοράς ανοίγματος μεταξύ του δείγματος και του φωτός του μικροσκοπίου παράλληλα με τον έλεγχο των συστατικών όπως το διάφραγμα και ο προσοφθάλμιος φακός.
Φακοί μικροσκοπίων σήμερα
Οι φακοί σήμερα ποικίλλουν από αυτούς που επικεντρώνονται σε συγκεκριμένα χρώματα σε φακούς που ισχύουν για ορισμένους δείκτες διάθλασης. Τα αντικειμενικά συστήματα φακών χρησιμοποιούν αυτούς τους φακούς για να διορθώσουν τη χρωματική εκτροπή, τις διαφορές χρώματος όταν τα διαφορετικά χρώματα του φωτός διαφέρουν ελαφρώς στη γωνία με την οποία διαθλώνται. Αυτό συμβαίνει λόγω των διαφορών στο μήκος κύματος των διαφόρων χρωμάτων του φωτός. Μπορείτε να καταλάβετε ποιος φακός είναι κατάλληλος για αυτό που θέλετε να σπουδάσετε.
Οι αχρωματικοί φακοί χρησιμοποιούνται για να κάνουν τους δείκτες διάθλασης δύο διαφορετικών μηκών κύματος φωτός το ίδιο. Οι τιμές τους είναι γενικά προσιτές και, ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται ευρέως. Ημι-αποχρωματικοί φακοί, ή φακοί φθορίτη, αλλάξτε τους δείκτες διάθλασης τριών μηκών κύματος φωτός για να τα καταστήσετε τα ίδια. Αυτά χρησιμοποιούνται στη μελέτη του φθορισμού.
Αποχρωματικοί φακοί, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιήστε ένα μεγάλο άνοιγμα για να αφήσετε φως μέσα και να επιτύχετε υψηλότερη ανάλυση. Χρησιμοποιούνται για λεπτομερείς παρατηρήσεις, αλλά συνήθως είναι πιο ακριβά. Οι φακοί σχεδιασμού αντιμετωπίζουν την επίδραση της εκτροπής καμπυλότητας πεδίου, την απώλεια εστίασης όταν ένας καμπύλος φακός δημιουργεί την πιο ευκρινή εστίαση μιας εικόνας μακριά από το επίπεδο που προορίζεται για την προβολή της εικόνας.
Οι φακοί εμβάπτισης αυξάνουν το μέγεθος του ανοίγματος χρησιμοποιώντας ένα υγρό που γεμίζει το χώρο μεταξύ του αντικειμενικού φακού και του δείγματος, γεγονός που αυξάνει επίσης την ανάλυση της εικόνας.
Με την πρόοδο της τεχνολογίας των φακών και των μικροσκοπίων, οι επιστήμονες και άλλοι ερευνητές καθορίζουν τα ακριβή αίτια της νόσου και τις συγκεκριμένες κυτταρικές λειτουργίες που διέπουν τις βιολογικές διεργασίες. Η μικροβιολογία έδειξε έναν ολόκληρο κόσμο οργανισμών πέρα από το γυμνό μάτι που θα οδηγούσε σε περισσότερη θεωρητικοποίηση και δοκιμή του τι σήμαινε να είναι ένας οργανισμός και ποια ήταν η φύση της ζωής.