Jeter un coup d'œil dans un microscope peut vous emmener dans un monde différent. La façon dont les microscopes zooment sur des objets à petite échelle sont similaires à la façon dont les lunettes et les loupes peuvent vous permettre de mieux voir.
Les microscopes composés en particulier fonctionnent à l'aide d'un arrangement de lentilles pour réfracter la lumière afin de zoomer sur les cellules et autres spécimens pour vous emmener dans un monde microscopique. Un microscope est appelé microscope composé lorsqu'il se compose de plusieurs jeux de lentilles.
Microscopes composés, également connus sous le nom de microscopes optiques ou optiques, fonctionnent en faisant apparaître une image beaucoup plus grande grâce à deux systèmes de lentilles. Le premier est lelentille oculaire ou oculaire, que vous examinez lorsque vous utilisez le microscope qui grossit généralement entre cinq fois et 30 fois. La seconde est lasystème de lentilles d'objectifqui zoome en utilisant des magnitudes allant de quatre fois à 100 fois, et les microscopes composés en ont généralement trois, quatre ou cinq.
Lentilles dans un microscope composé
Le système de lentilles d'objectif utilise une petite distance focale, la distance entre la lentille et l'échantillon ou l'objet examiné. L'image réelle de l'échantillon est projetée à travers la lentille de l'objectif pour créer une image intermédiaire à partir de la lumière incidente sur la lentille qui est projetée sur leplan image conjugué objectifou le plan image primaire.
La modification du grossissement de l'objectif change la façon dont cette image est agrandie dans cette projection. lelongueur du tube optiquefait référence à la distance entre le plan focal arrière de l'objectif et le plan d'image primaire dans le corps du microscope. Le plan d'image principal se trouve généralement soit dans le corps du microscope lui-même, soit dans l'oculaire.
L'image réelle est ensuite projetée sur l'œil de la personne utilisant le microscope. La lentille oculaire fait cela comme une simple lentille grossissante. Ce système de l'objectif à l'oculaire montre comment les deux systèmes de lentilles fonctionnent l'un après l'autre.
Le système de lentilles composées permet aux scientifiques et autres chercheurs de créer et d'étudier des images à un grossissement beaucoup plus élevé qu'ils ne pourraient autrement obtenir avec un seul microscope. Si vous deviez essayer d'utiliser un microscope avec une seule lentille pour obtenir ces grossissements, vous devriez placer la lentille très près de votre œil ou utiliser une lentille très large.
Pièces et fonctions du microscope à dissection
La dissection des pièces et des fonctions du microscope peut vous montrer comment elles fonctionnent toutes ensemble lors de l'étude d'échantillons. Vous pouvez approximativement diviser les sections du microscope en tête ou corps, base et bras avec la tête en haut, la base en bas et le bras entre les deux.
La tête a un oculaire et un tube oculaire qui maintient l'oculaire en place. L'oculaire peut être monoculaire ou binoculaire, ce dernier pouvant utiliser une bague de réglage dioptrique pour rendre l'image plus cohérente.
Le bras du microscope contient les objectifs que vous pouvez choisir et placer pour différents niveaux de grossissement. La plupart des microscopes utilisent des objectifs 4x, 10x, 40x et 100x qui fonctionnent comme des boutons coaxiaux contrôlant le nombre de fois que l'objectif agrandit l'image. Cela signifie qu'ils sont construits sur le même axe que le bouton utilisé pour la mise au point fine, comme le mot "coaxial" l'impliquerait. L'objectif en fonction microscope
En bas se trouve la base qui supporte la platine et la source lumineuse qui se projette à travers une ouverture et permet à l'image de se projeter à travers le reste du microscope. Les grossissements plus élevés utilisent généralement des étages mécaniques qui vous permettent d'utiliser deux boutons différents pour vous déplacer à gauche et à droite et en avant et en arrière.
La butée de crémaillère vous permet de contrôler la distance entre l'objectif et la lame pour un examen encore plus rapproché de l'échantillon.
Le réglage de la lumière provenant de la base est important. Les condenseurs reçoivent la lumière entrante et la focalisent sur l'échantillon. Le diaphragme vous permet de choisir la quantité de lumière qui atteint l'échantillon. Les lentilles d'un microscope composé utilisent cette lumière pour créer l'image pour l'utilisateur. Certains microscopes utilisent des miroirs pour réfléchir la lumière sur le spécimen au lieu d'une source lumineuse.
Histoire ancienne des lentilles de microscope
Les humains ont étudié comment le verre courbe la lumière pendant des siècles. Le mathématicien romain Claudius Ptolémée a utilisé les mathématiques pour expliquer l'angle de réfraction précis sur la façon dont l'image d'un bâton se réfractait lorsqu'elle était placée dans l'eau. Il s'en servirait pour déterminer leconstante de réfraction ou indice de réfraction pour l'eau.
Vous pouvez utiliser l'indice de réfraction pour déterminer à quel point la vitesse de la lumière change lorsqu'elle est passée dans un autre milieu. Pour un milieu particulier, utilisez l'équation pour l'indice de réfraction
n=\frac{c}{v}
pour l'indice de réfractionm, vitesse de la lumière dans le videc(3,8 x 108 m/s) et vitesse de la lumière dans le milieuv.
Les équations montrent comment la lumière ralentit lorsqu'elle pénètre dans des supports tels que le verre, l'eau, la glace ou tout autre support, qu'il soit solide, liquide ou gazeux. Les travaux de Ptolémée s'avéreraient essentiels à la microscopie ainsi qu'à l'optique et à d'autres domaines de la physique.
Vous pouvez également utiliser la loi de Snell pour mesurer l'angle auquel un faisceau de lumière se réfracte lorsqu'il pénètre dans un milieu, de la même manière que Ptolémée l'a déduit. La loi de Snell est
\frac{n_1}{n_2}=\frac{\sin{\theta_2}}{\sin{\theta_1}}
pourθ1comme l'angle entre la ligne du faisceau lumineux et la ligne du bord du support avant que la lumière n'entre dans le support etθ2comme l'angle après l'entrée de la lumière.m1etm2sont les indices de réfraction pour la lumière moyenne était auparavant et la lumière moyenne entre.
Au fur et à mesure des recherches, les chercheurs ont commencé à tirer parti des propriétés du verre vers le premier siècle de notre ère. À cette époque, les Romains avaient inventé le verre et ont commencé à le tester pour ses utilisations pour grossir ce qui peut être vu à travers lui.
Ils ont commencé à expérimenter différentes formes et tailles de verres pour trouver la meilleure façon de agrandir quelque chose en regardant à travers, y compris comment il pourrait diriger les rayons du soleil pour éclairer les objets sur Feu. Ils appelaient ces lentilles des « loupes » ou des « lunettes brûlantes ».
Les premiers microscopes
Vers la fin du 13ème siècle, les gens ont commencé à créer des lunettes à l'aide de lentilles. En 1590, deux hommes hollandais, Zaccharias Janssen et son père Hans, ont effectué des expériences en utilisant les lentilles. Ils ont découvert que placer les lentilles les unes sur les autres dans un tube pouvait agrandir une image à un grossissement beaucoup plus grand qu'un seul objectif pourrait atteindre, et Zaccharias inventa bientôt le microscope. Cette similitude avec le système de lentilles d'objectif des microscopes montre à quel point l'idée d'utiliser des lentilles en tant que système remonte à loin.
Le microscope Janssen utilisait un trépied en laiton d'environ deux pieds et demi de long. Janssen a façonné le tube en laiton principal que le microscope utilisait à environ un pouce ou un demi-pouce de rayon. Le tube en laiton avait des disques à la base ainsi qu'à chaque extrémité.
D'autres conceptions de microscopes ont commencé à apparaître par des scientifiques et des ingénieurs. Certains d'entre eux utilisaient un système de gros tube qui abritait deux autres tubes qui s'y glissaient. Ces tubes faits à la main grossiraient les objets et serviraient de base à la conception de microscopes modernes.
Cependant, ces microscopes n'étaient pas encore utilisables par les scientifiques. Ils agrandissaient les images environ neuf fois tout en laissant les images qu'ils avaient créées difficiles à voir. Des années plus tard, en 1609, l'astronome Galileo Galilei étudiait la physique de la lumière et comment elle interagirait avec la matière d'une manière qui s'avérerait bénéfique pour le microscope et le télescope. Il a également ajouté un dispositif pour focaliser l'image sur son propre microscope.
Le scientifique néerlandais Antonie Philips van Leeuwenhoek a utilisé un microscope à lentille unique en 1676 lorsqu'il utilisait de petits sphères de verre pour devenir le premier humain à observer directement les bactéries, devenant connu comme « le père de microbiologie."
Lorsqu'il a regardé une goutte d'eau à travers la lentille de la sphère, il a vu les bactéries flotter dans l'eau. Il allait faire des découvertes en anatomie végétale, découvrir des cellules sanguines et fabriquer des centaines de microscopes avec de nouvelles façons de grossir. Un de ces microscopes était capable d'utiliser un grossissement de 275 fois en utilisant une seule lentille avec un système de loupe double convexe.
Avancées de la technologie des microscopes
Les siècles à venir ont apporté plus d'améliorations à la technologie des microscopes. Les XVIIIe et XIXe siècles ont vu des améliorations à la conception des microscopes pour optimiser l'efficacité et l'efficacité, telles que la fabrication des microscopes eux-mêmes plus stables et plus petits. Différents systèmes de lentilles et la puissance des lentilles elles-mêmes ont résolu les problèmes de flou ou de manque de clarté des images produites par les microscopes.
Les progrès de l'optique de la science ont permis de mieux comprendre comment les images sont réfléchies sur différents plans que les lentilles pourraient créer. Cela a permis aux créateurs de microscopes de créer des images plus précises au cours de ces avancées.
Dans les années 1890, l'étudiant diplômé alors allemand August Köhler a publié son travail sur l'éclairage Köhler qui distribuerait la lumière à réduire l'éblouissement optique, concentrer la lumière sur le sujet du microscope et utiliser des méthodes plus précises pour contrôler la lumière dans général. Ces technologies reposaient sur l'indice de réfraction, la taille du contraste d'ouverture entre l'échantillon et la lumière du microscope contrôle davantage les composants tels que le diaphragme et l'oculaire.
Objectifs des microscopes aujourd'hui
Les lentilles d'aujourd'hui varient de celles qui se concentrent sur des couleurs spécifiques aux lentilles qui s'appliquent à certains indices de réfraction. Les systèmes de lentilles objectives utilisent ces lentilles pour corriger l'aberration chromatique, les disparités de couleur lorsque différentes couleurs de lumière diffèrent légèrement par l'angle de réfraction. Cela se produit en raison des différences de longueur d'onde des différentes couleurs de lumière. Vous pouvez déterminer quel objectif est approprié pour ce que vous voulez étudier.
Les lentilles achromatiques sont utilisées pour rendre identiques les indices de réfraction de deux longueurs d'onde différentes de la lumière. Ils sont généralement proposés à un prix abordable et, en tant que tels, sont largement utilisés.Verres semi-apochromatiques, ou lentilles en fluorite, modifient les indices de réfraction de trois longueurs d'onde de la lumière pour les rendre identiques. Ceux-ci sont utilisés dans l'étude de la fluorescence.
Lentilles apochromatiques, d'autre part, utilisez une grande ouverture pour laisser passer la lumière et obtenir une résolution plus élevée. Ils sont utilisés pour des observations détaillées, mais ils sont généralement plus chers. Les objectifs plans traitent l'effet de l'aberration de courbure du champ, la perte de mise au point lorsqu'un objectif incurvé crée la mise au point la plus nette d'une image loin du plan sur lequel il est censé projeter l'image.
Les lentilles à immersion augmentent la taille de l'ouverture en utilisant un liquide qui remplit l'espace entre la lentille de l'objectif et l'échantillon, ce qui augmente également la résolution de l'image.
Grâce aux progrès de la technologie des lentilles et des microscopes, les scientifiques et autres chercheurs déterminent les causes précises des maladies et les fonctions cellulaires spécifiques qui régissent les processus biologiques. La microbiologie a montré tout un monde d'organismes au-delà de l'œil nu, ce qui conduirait à davantage de théories et de tests sur ce que cela signifiait d'être un organisme et sur la nature de la vie.