Πόσοι φακοί βρίσκονται σε ένα σύνθετο μικροσκόπιο;

Το να ρίξετε μια ματιά σε ένα μικροσκόπιο μπορεί να σας οδηγήσει σε έναν διαφορετικό κόσμο. Οι τρόποι μεγέθυνσης μικροσκοπίων σε αντικείμενα σε μικρή κλίμακα είναι παρόμοιοι με τον τρόπο με τον οποίο τα γυαλιά και τα μεγεθυντικά γυαλιά μπορούν να σας επιτρέψουν να δείτε καλύτερα.

Τα σύνθετα μικροσκόπια λειτουργούν συγκεκριμένα χρησιμοποιώντας μια διάταξη φακών για τη διάθλαση του φωτός για μεγέθυνση των κυττάρων και άλλων δειγμάτων 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 ελαφριά μικροσκόπια, λειτουργούν κάνοντας μια εικόνα να φαίνεται πολύ μεγαλύτερη μέσω δύο συστημάτων φακών. Το πρώτο είναι τοοφθαλμικός ή φακός προσοφθάλμιου φακού, το οποίο εξετάζετε όταν χρησιμοποιείτε το μικροσκόπιο που συνήθως μεγεθύνει σε εύρος μεταξύ πέντε και 30 φορές. Το δεύτερο είναι τοαντικειμενικό σύστημα φακώνπου μεγεθύνει χρησιμοποιώντας μεγέθη από τέσσερις έως και 100 φορές και τα σύνθετα μικροσκόπια έχουν συνήθως τρία, τέσσερα ή πέντε από αυτά.

Το αντικειμενικό σύστημα φακών χρησιμοποιεί μια μικρή εστιακή απόσταση, την απόσταση μεταξύ του φακού και του δείγματος ή του αντικειμένου που εξετάζεται. Η πραγματική εικόνα του δείγματος προβάλλεται μέσω του αντικειμενικού φακού για τη δημιουργία μιας ενδιάμεσης εικόνας από το φως που προσπίπτει στον φακό που προβάλλεται στοναντικειμενικό επίπεδο συζευγμένης εικόναςή το πρωτεύον επίπεδο εικόνας.

Η αλλαγή αντικειμενικής μεγέθυνσης φακού αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο αυτή η εικόνα αυξάνεται σε αυτήν την προβολή. οοπτικό μήκος σωλήνααναφέρεται στην απόσταση από το πίσω εστιακό επίπεδο του αντικειμένου προς το πρωτεύον επίπεδο εικόνας μέσα στο σώμα του μικροσκοπίου. Το πρωτεύον επίπεδο εικόνας είναι συνήθως είτε εντός του ίδιου του σώματος του μικροσκοπίου είτε εντός του προσοφθάλμιου φακού.

Στη συνέχεια, η πραγματική εικόνα προβάλλεται στο μάτι του ατόμου που χρησιμοποιεί το μικροσκόπιο. Ο οφθαλμικός φακός το κάνει αυτό ως απλό μεγεθυντικό φακό. Αυτό το σύστημα από αντικειμενικό έως οφθαλμικό δείχνει πώς λειτουργούν τα δύο συστήματα φακών το ένα μετά το άλλο.

Το σύνθετο σύστημα φακών επιτρέπει σε επιστήμονες και άλλους ερευνητές να δημιουργήσουν και να μελετήσουν εικόνες με πολύ μεγαλύτερη μεγέθυνση που διαφορετικά θα μπορούσαν να επιτύχουν μόνο με ένα μικροσκόπιο. Εάν προσπαθήσατε να χρησιμοποιήσετε ένα μικροσκόπιο με έναν 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.

Η διάσπαση τμημάτων και λειτουργιών μικροσκοπίου μπορεί να σας δείξει πώς λειτουργούν όλοι μαζί όταν μελετάτε δείγματα. Μπορείτε να διαιρέσετε περίπου τμήματα του μικροσκοπίου στο κεφάλι ή το σώμα, τη βάση και τον βραχίονα με το κεφάλι στο πάνω μέρος, τη βάση στο κάτω μέρος και το βραχίονα μεταξύ τους.

Το κεφάλι έχει προσοφθάλμιο και σωλήνα προσοφθάλμιου φακού που συγκρατεί το προσοφθάλμιο στη θέση του. Το προσοφθάλμιο φακό μπορεί να είναι μονοφθαλμικό ή διοφθαλμικό, το τελευταίο του οποίου μπορεί να χρησιμοποιεί δακτύλιο ρύθμισης διόπτρας για να κάνει την εικόνα πιο συνεπή.

Ο βραχίονας του μικροσκοπίου περιέχει τους στόχους που μπορείτε να επιλέξετε και να τοποθετήσετε για διαφορετικά επίπεδα μεγέθυνσης. Τα περισσότερα μικροσκόπια χρησιμοποιούν φακούς 4x, 10x, 40x και 100x που λειτουργούν ως ομοαξονικά κουμπιά που ελέγχουν πόσες φορές ο φακός μεγεθύνει την εικόνα. Αυτό σημαίνει ότι είναι χτισμένα στον ίδιο άξονα με το κουμπί που χρησιμοποιείται για λεπτή εστίαση, όπως θα υπονοούσε η λέξη "ομοαξονική". Ο αντικειμενικός φακός στη λειτουργία μικροσκοπίου

Στο κάτω μέρος βρίσκεται η βάση που υποστηρίζει τη σκηνή και την πηγή φωτός που προβάλλεται μέσω ανοίγματος και αφήνει την εικόνα να προβάλλεται μέσω του υπόλοιπου μικροσκοπίου. Οι υψηλότερες μεγεθύνσεις συνήθως χρησιμοποιούν μηχανικά στάδια που σας επιτρέπουν να χρησιμοποιήσετε δύο διαφορετικά κουμπιά για να μετακινήσετε και τα δύο αριστερά και δεξιά και προς τα εμπρός και προς τα πίσω.

Η στάση ραφιού σάς επιτρέπει να ελέγχετε την απόσταση μεταξύ του αντικειμενικού φακού και της διαφάνειας για ακόμη πιο προσεκτική ματιά στο 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 φτάνει στο 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.

Οι άνθρωποι έχουν μελετήσει πώς το γυαλί κάμπτει το φως για αιώνες. Ο αρχαίος Ρωμαίος μαθηματικός Claudius Ptolemy χρησιμοποίησε τα μαθηματικά για να εξηγήσει την ακριβή γωνία της διάθλασης σχετικά με το πώς η εικόνα ενός ραβδιού διαθλάθηκε όταν τοποθετήθηκε στο νερό. Θα το χρησιμοποιούσε για να προσδιορίσει τοσταθερά διάθλασης ή δείκτης διάθλασης για νερό​.

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον δείκτη διάθλασης για να προσδιορίσετε πόσο αλλάζει η ταχύτητα του φωτός όταν μεταφερθεί σε άλλο μέσο. Για ένα συγκεκριμένο μέσο, ​​χρησιμοποιήστε την εξίσωση για δείκτη διάθλασης

για δείκτη διάθλασηςν, ταχύτητα φωτός σε κενόντο(3,8 x 10⁸ m / s) και ταχύτητα φωτός στο μέσοβ​.

Οι εξισώσεις δείχνουν πώς επιβραδύνεται το φως κατά την είσοδο σε μέσα όπως γυαλί, νερό, πάγο ή οποιοδήποτε άλλο μέσο, ​​είτε είναι στερεό, υγρό ή αέριο. Το έργο του Πτολεμαίου θα αποδειχθεί απαραίτητο για τη μικροσκοπία, καθώς και για την οπτική και άλλους τομείς της φυσικής.

Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε το νόμο του Snell για να μετρήσετε τη γωνία με την οποία η ακτίνα του φωτός διαθλάται όταν εισέρχεται σε ένα μέσο, ​​όπως συνέβη ο Πτολεμαίος. Ο νόμος του Snell είναι

Γιαθ₁ως η γωνία μεταξύ της γραμμής της δέσμης φωτός και της γραμμής της άκρης του μέσου πριν το φως εισέλθει στο μέσο καιθ₂καθώς η γωνία μετά την είσοδο του φωτός.ν₁καιν₂είναι οι δείκτες διάθλασης για το μεσαίο φως στο παρελθόν και το μεσαίο φως εισέρχεται.

Καθώς έγινε περισσότερη έρευνα, οι μελετητές άρχισαν να εκμεταλλεύονται τις ιδιότητες του γυαλιού γύρω στον πρώτο αιώνα μ.Χ. Μέχρι εκείνη τη στιγμή, οι Ρωμαίοι είχαν εφεύρει γυαλί και άρχισαν να το δοκιμάζουν για τις χρήσεις του για να μεγεθύνουν τι μπορεί να φανεί μέσα από αυτό.

Άρχισαν να πειραματίζονται με διαφορετικά σχήματα και μεγέθη γυαλιών για να βρουν τον καλύτερο τρόπο μεγεθύνετε κάτι κοιτάζοντας μέσα του, συμπεριλαμβανομένου του πώς θα μπορούσε να κατευθύνει τις ακτίνες του ήλιου να φωτίζουν αντικείμενα Φωτιά. Κάλεσαν αυτούς τους φακούς "μεγεθυντικούς φακούς" ή "γυαλιά καύσης".

Κοντά στα τέλη του 13ου αιώνα, οι άνθρωποι άρχισαν να δημιουργούν γυαλιά χρησιμοποιώντας φακούς. Το 1590, δύο Ολλανδοί άνδρες, ο Zaccharias Janssen και ο πατέρας του Hans, πραγματοποίησαν πειράματα χρησιμοποιώντας τους φακούς. Ανακάλυψαν ότι η τοποθέτηση των φακών ο ένας πάνω στον άλλο σε ένα σωλήνα θα μπορούσε να μεγεθύνει μια εικόνα στο πολύ μεγαλύτερη μεγέθυνση από ό, τι ένας μεμονωμένος φακός θα μπορούσε να επιτύχει, και Zaccharias εφευρέθηκε σύντομα το μικροσκόπιο. Αυτή η ομοιότητα με το αντικειμενικό σύστημα φακών των μικροσκοπίων δείχνει πόσο πίσω γίνεται η ιδέα της χρήσης φακών ως σύστημα.

Το μικροσκόπιο Janssen χρησιμοποίησε ένα τρίποδο ορείχαλκου μήκους περίπου δυόμισι μέτρων. Ο Janssen δημιούργησε τον πρωτογενή σωλήνα ορείχαλκου που χρησιμοποιούσε το μικροσκόπιο περίπου σε μια ίντσα ή μισή ίντσα σε ακτίνα. Ο σωλήνας από ορείχαλκο είχε δίσκους στη βάση καθώς και σε κάθε άκρο.

Άλλα σχέδια μικροσκοπίου άρχισαν να προκύπτουν από επιστήμονες και μηχανικούς. Μερικοί από αυτούς χρησιμοποίησαν ένα σύστημα ενός μεγάλου σωλήνα που στεγάζει δύο άλλους σωλήνες που γλιστρούν μέσα τους. Αυτοί οι χειροποίητοι σωλήνες θα μεγεθύνουν τα αντικείμενα και θα χρησιμεύσουν ως βάση για το σχεδιασμό σύγχρονων μικροσκοπίων.

Αυτά τα μικροσκόπια δεν ήταν ακόμη χρήσιμα για τους επιστήμονες. Θα μεγεθύνουν τις εικόνες περίπου εννέα φορές αφήνοντας τις εικόνες που δημιούργησαν δύσκολο να δουν. Χρόνια αργότερα, το 1609, ο αστρονόμος Galileo Galilei μελετούσε τη φυσική του φωτός και πώς θα αλληλεπιδρούσε με την ύλη με τρόπους που θα αποδειχθούν επωφελείς για το μικροσκόπιο και το τηλεσκόπιο. Πρόσθεσε επίσης μια συσκευή για να εστιάσει την εικόνα στο δικό του μικροσκόπιο.

Ολλανδός επιστήμονας Antonie Philips van Leeuwenhoek χρησιμοποίησε ένα μικροσκόπιο ενός φακού το 1676 όταν χρησιμοποιούσε μικρό γυάλινες σφαίρες που γίνονται ο πρώτος άνθρωπος που παρατηρεί άμεσα τα βακτηρίδια, γίνονται γνωστοί ως «ο πατέρας του μικροβιολογία."

Όταν κοίταξε μια σταγόνα νερού μέσα από το φακό της σφαίρας, είδε τα βακτήρια να κυμαίνονται γύρω στο νερό. Θα συνεχίσει να κάνει ανακαλύψεις στην ανατομία των φυτών, να ανακαλύψει τα κύτταρα του αίματος και να κάνει εκατοντάδες μικροσκόπια με νέους τρόπους μεγέθυνσης. Ένα τέτοιο μικροσκόπιο μπόρεσε να χρησιμοποιήσει μεγέθυνση 275 φορές χρησιμοποιώντας έναν μόνο φακό με σύστημα διπλού κυρτού μεγεθυντικού φακού.

Οι επόμενοι αιώνες έφεραν περισσότερες βελτιώσεις στην τεχνολογία μικροσκοπίου. Ο 18ος και ο 19ος αιώνας είδαν βελτιώσεις στα σχέδια μικροσκοπίων για τη βελτιστοποίηση της αποδοτικότητας και της αποτελεσματικότητας, όπως το να κάνουν τα ίδια τα μικροσκόπια πιο σταθερά και μικρότερα. Διαφορετικά συστήματα φακού και ισχύς των φακών αντιμετώπισαν τα θέματα της θολότητας ή της έλλειψης σαφήνειας στις εικόνες που παρήγαγαν τα μικροσκόπια.

Οι εξελίξεις στην οπτική της επιστήμης έδωσαν μεγαλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι εικόνες αντανακλώνται 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 εξελίξεων.

Τη δεκαετία του 1890, ο τότε Γερμανός μεταπτυχιακός φοιτητής August Köhler δημοσίευσε το έργο του σχετικά με τον φωτισμό Köhler που θα διανέμει φως μειώστε το οπτικό φως, εστιάστε το φως στο θέμα του μικροσκοπίου και χρησιμοποιήστε πιο ακριβείς μεθόδους ελέγχου του φωτός γενικός. Αυτές οι τεχνολογίες βασίστηκαν στον δείκτη διάθλασης, το μέγεθος της αντίθεσης διαφράγματος μεταξύ του δείγματος και το φως του μικροσκοπίου παράλληλα ελέγχει περισσότερο τα εξαρτήματα όπως το διάφραγμα και το προσοφθάλμιο φακό.

Οι φακοί σήμερα διαφέρουν από εκείνους που εστιάζουν σε συγκεκριμένα χρώματα σε φακούς που ισχύουν για συγκεκριμένους δείκτες διάθλασης. Τα αντικειμενικά συστήματα φακών χρησιμοποιούν αυτούς τους φακούς για να διορθώσουν τη χρωματική εκτροπή, τις χρωματικές διαφορές όταν διαφορετικά χρώματα φωτός διαφέρουν ελαφρώς στη γωνία με την οποία διαθλάται. Αυτό συμβαίνει λόγω των διαφορών στο μήκος κύματος διαφορετικών χρωμάτων φωτός. Μπορείτε να καταλάβετε ποιος φακός είναι κατάλληλος για αυτό που θέλετε να μελετήσετε.

Οι αρωματικοί φακοί χρησιμοποιούνται για να κάνουν τους διαθλαστικούς δείκτες δύο διαφορετικών μηκών κύματος φωτός το ίδιο. Γενικά διατίθενται σε προσιτή τιμή και, ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται ευρέως.Ημιαποχρωματικοί φακοίή φακοί φθορίτη, αλλάξτε τους δείκτες διάθλασης τριών μηκών κύματος φωτός για να τους κάνετε οι ίδιοι. Αυτά χρησιμοποιούνται για τη μελέτη του φθορισμού.

​Αποχρωματικοί φακοί, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιήστε ένα μεγάλο διάφραγμα για να αφήσετε το φως να περάσει και να επιτύχετε υψηλότερη ανάλυση. Χρησιμοποιούνται για λεπτομερείς παρατηρήσεις, αλλά συνήθως είναι πιο ακριβές. Οι φακοί Plan αντιμετωπίζουν την επίδραση της εκτροπής καμπυλότητας πεδίου, η απώλεια εστίασης όταν ένας καμπύλος φακός δημιουργεί την πιο ευκρινή εστίαση μιας εικόνας μακριά από το επίπεδο στο οποίο προορίζεται να προβάλει την εικόνα.

Οι φακοί εμβάπτισης αυξάνουν το μέγεθος του ανοίγματος χρησιμοποιώντας ένα υγρό που γεμίζει το διάστημα μεταξύ του αντικειμενικού φακού και του δείγματος, το οποίο επίσης αυξάνει την ανάλυση της εικόνας.

Με την πρόοδο στην τεχνολογία των φακών και των μικροσκοπίων, επιστήμονες και άλλοι ερευνητές προσδιορίζουν τις ακριβείς αιτίες της νόσου και συγκεκριμένες κυτταρικές λειτουργίες που διέπουν τις βιολογικές διαδικασίες. Η μικροβιολογία έδειξε έναν ολόκληρο κόσμο οργανισμών πέρα ​​από το γυμνό μάτι που θα οδηγούσε σε περισσότερη θεωρία και δοκιμή του τι σήμαινε να είναι ένας οργανισμός και πώς ήταν η φύση της ζωής.