Микроскоп

Оптикалық микроскоптардың көмегімен үлкен ұлғайту мен жақын орналасқан заттар немсе олардың жеке бөліктері қарастырылады. Микроскоптағы сәулелер жолы 3-ші суретте көрсетілген.

АВ заты объективтің алдыңғы фокалдық жазықтығының жанында орналасқан. Объектив үлкейтілген нақты кері бейнесін береді, ол окуляр арқылы қарастырылады. бейнесі окулярдың F₂ алдыңғы фокусының жанында орналасу керек, сондықтан деп санауға болады, мұндағы - объективтің артқы фокусынан Ғ₂ алдыңғы фокусына дейінгі қашықтық.

Объективтің беретін көлденең ұлғайтуы келесіге тең:

(6)

Осыдан бейнесінің өлшемін анықтаймыз:

(7)

бейнесі бұрышынан көрінеді.

(8)

Анықтама бойынша (9)

Микроскоптың бұрыштық ұлғайтуын анықтайық:

(10)

яғни микроскоптың ұлғайтуы объектив пен окулярдың ұлғайтуларының көбейтіндісіне тең. Олардың мәндері окуляр мен объективтің жақтауларында келесі түрде көрсетіледі: 8^х, 20^х және т.с.с. (8-еселік, 20-еселік ұлғайту)

Микроскоптың сипаттамасы

Микроскоп төменгі бөлігінде объектив, ал үстінгі бөлігінде окуляр орналасқан тубустан тұрады. Объектив бір жақтауға бекітілген линзалар жүйесі болып келеді. Окуляр кішкентай түтікшеге бекітілген екі жинағыш линзадан тұрады. Олардың бірі - өрістік, екіншісі – көздік деп аталады.

Үстелдің үстінде микроскоптың тубусы, ал астында айна орналасқан. Айна қандай да бір жарық көзінен шыққан сәулелердің затқа бағытталуын қамтамасыз етеді. Тубус бұранданың көмегімен АВ заты объективтің негізгі фокусынан аз ғана алыс орналасатындай етіліп бекітіледі. АВ затының шын бейнесі объективтің басқа жағындағы объективте алынады. Бұл бейнені окулярдың көздік линзасы арқылы бақылауға болады. Ол линза осы жағдайда АВ жалған бейнені беретін лупа секілді жұмыс істейді.

Микроскоп әр түрлі оптикалық күштерге ие бірнеше объективтен тұрады. Тубустың осындай үлгілемелік орын ауыстыруы сәйкес бөліктері бар микрометрлік винт арқылы іске асады.

Микроскоптың көмегімен шынының сыну көрсеткішін анықтау.

Жарықтың оптикалық тығыздықтары әр түрлі екі мөлдір заттың тегіс және жазық шекарасынан өткен кезде жарықтың АО түскен сәулесі ОВ шағылған және ОД сынған сәулелерге бөлінеді.(сурет 4) Бұл сәулелердің бағыттары жарықтың сыну және шағылу заңдары арқылы анықталады.

1) АО түскен сәуле, түсу нүктесіне жүргізілген РОР нормалі, ОВ шағылған сәуле және ОД сынған сәуле бір жазықтықта жатады.

2) Шағылу бұрышы мен сыну бұрышы өзара тең.

3) i түсу бұрышының синусының r сыну бұрышының синусына қатынасы 1-ші ортадағы жарық жылдамдығының() 2-ші ортадағы жарық жылдамдығына() қатынасына тең:

Соңғы заңнан көретініміздей жарық әртүрлі орталарда әртүрлі жылдамдықпен таралады.

Берілген екі орта үшін және толқын ұзындығы берілген жарық сәулесі үшін 1-ші ортадағы жарық жылдамдығының 2-ші ортадағы жарық жылдамдығына қатынасы және түсу бұрышының синусының сыну бұрышының синусына қатынасы тұрақты шама болып келеді, яғни

; .

n₂₁ шамасы 2-ші ортаның 1-ші ортаға қатысты салыстырмалы сыну көрсеткіші деп аталады.

Егер 1-ші орта вакуум немесе ауа болса, онда 2-ші ортаның n₂ сыну көрсеткіші вакуумға қатысты абсолют сыну көрсеткіші немесе жай ғана сыну көрсеткіш деп аталады.

2-ші ортаның абсолют сыну көрсеткіші(сурет1):

; ;

мұндағы с – вакуумдағы жарық жылдамдығы,

- 2-ші ортадағы жарық жылдамдығы,

басқаша айтқанда ортаның сыну көрсеткіші дегеніміз вакуумдағы жарық жылдамдығының берілген ортадағы жарық жылдамдығына қатынасы:

Сыну көрсеткіші жарықтың толқын ұзындығы мен ортаның қасиеттеріне тәуелді. Абсолют сыну көрсеткіш 1-ден үлкен шама болып келеді. Бұл берілген ортадағы жарық жылдамдығы вакуумдағы жарық жылдамдығынан әрқашанда кем болатынын білдіреді.

Екі ортаның салыстырмалы сыну көрсеткіші n₂₁ орталардың n₁ және n₂абсолют сыну көрсеткіштерімен келесі түрде байланысты:

Заттардың сыну көрсеткіштерін анықтау үшін көптеген әдістер қолданылады. Осылардың біріне шынының сыну көрсеткішін микроскоп арқылы анықтау әдісі жатады.

Бұл әдістің негізінде жарық сәулелерінің сынуы салдарынан шыны пластинканың қалыңдығының жалған кему құбылысы жатыр. Шыны пластинка арқылы сәулелердің өту сызбасы 5-ші суретте келтірілген.

Шыны пластинканың төменгі бетіндегі А нүктесіне 1 және 2 сәулелері түссін. 1 сәулесі пластинка бетіне нормаль түскендіктен сынуға ұшырамай пластинка арқылы өтіп В нүктесінен шығады. 2 сәулесі орталардың шекарасындағы С нүктесіне I бұрышпен түседі және пластинкадан шыққан соң Д нүктесіне қарай rсыну бұрышымен бағытталады. r сыну бұрышы i түсу бұрышынан үлкен. Егер ДС бағыты бойынша Д нүктесінен қараса, онда бақылаушы СД сәулесінің жалғасы мен АВ сәулесімен қиылысу нүктесі болатынын көреді. Бақылаушы үшін А нүктесі нүктесіне ығысады. Пластинканың қалыңдығы -ға ығысады. 5-ші суреттен пластинканың жалған қалыңдығы оның AB=H шын қалыңдығынан артық болатынын көреміз.

Нормаль түсетін сәулелерге жақын сәулелер үшін түсу және сыну бұрыштары аз болып келеді. Бұл жағдайда синустарды тангенстермен айырбастауға болады және жарықтың сыну заңы бойынша келесіні жазуға болады (сәулелердің кері жүрісін қарастырғанда, яғни Д нүктесінен А нүктесіне):

Суретті қарап сәйкес түрлендірулер жасаған соң келесіні аламыз:

; ; .

Сондықтан шынының сыну көрсеткішінің шыны пластинканың H шын қалыңдығының оның h жалған қалыңдығына қатынасы арқылы анықтауға болады. Пластинканың шын қалыңдығын микрометрмен, ал жалған қалыңдығын микрометрлік бұрандасы (немесе дөңгелек индикаторы) бар микроскоп көмегімен өлшейді.

Тубустың орын ауыстыруын дөңгелек индикатор(ДИ) арқылы өлшеуге болады. Индикатордың үлкен тілінің бір толық айналуы кіші тілдің 1мм-ге ығысуына сәйкес келеді. Индикатор шкаласындағы бөлік құны 0,01мм-ге тең. Кіші тілі бар шкаладағы бөлік құны үлкен тілдің бір айналып өтуіне сәйкес келеді.

Өлшеулер және нәтижелерді өңдеу

1. Шыны пластинканың шын қалыңдығы микрометрмен штрихтар бар жерде өлшенеді және оның мәні миллиметрмен алынады.

2. Шыны пластинканың h жалған қалыңдығы анықталады, ол үшін:

· Штрихтардың қиылысу жері құралдың оптикалық осінде жататындай етіп объектив астындағы микроскоп үстеліне пластинка қойылады;

· Тубусты қозғау арқылы пластинканың үстінгі(астынғы) бетіндегі штрихтың митроскоптағы анық бейнесі алынады. Осыдан кейін индикатор шкаласы 0-ге келтіріледі. Кіші тілдің көрсеткіші жазалып алынады;

· Пластинканың төменгі(жоғарғы) бетіндегі штрих бейнесі анық көрінгенге дейін микроскоп тубусы төмен қарай(жоғары қарай) қозғалтылады;

Индикатор шкаласының жаңа санағы пластинканың жалған қалыңдығын береді:

Мұндағы N – үлкен тілдің толық айналуларының саны. Ол кіші тілдің көрсеткіштерінің өзгерісіне тең (бүтін сандармен алғанда);

k – үлкен тілдің көрсеткіші.

3. Шынының сыну көрсеткіші есептеледі:

4. Пластинканың шын және жалған қалыңдығын өлшеу кем дегенде 3 рет жүргізілу керек; шынының сыну көрсеткішінің орташа мәні анықталады.

5. Барлық мәліметтерді кестеге енгізу керек:

№	H мм	h мм

Орташа мәндер

Бақылау сұрақтары

1. Микроскоптың ұлғайтуы дегеніміз не?

2. Микроскоптың сызықты ұлғайтуының формуласын қорытып шығару.

3. Микроскоп құрылысы және оның қолданысы.

4. Микроскоптағы және лупадағы сәулелердің жолын сызу.

5. Микроскоп ұлғайтуының тәжірибелік анықталуы қалай жүргізіледі.

6. Қарастырып отырған жағдай үшін шынының сыну коэффициентін анықтауға қажетті формуланы қорытып шығару.

№12 ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС

ЖҰҚА ЛИНЗАНЫҢ БАС ФОКУС АРАЛЫҒЫН АНЫҚТАУ

Жұмыстың мақсаты: жұқа линзаның фокус аралығын анықтаудың кейбір тәсілдерімен танысу.

Құрал жабдықтар: оптикалық үстелше, жарық көзі, экран, жинағыш линза.

Теориядан қысқаша мәлімет

Линза – оптикалық кескіндер алуға арналған оптикалық құралдардың негізгі элементі болып табылады. Линза екі жағынан сфералық бетпен шектелген оптикалық мөлдір дене. Егер осы беттердің О₁О₂ аралығы (1 сурет) қисықтық радиусынан көп кіші болса, линза жұқа линза деп аталады. Мұндай жағдайда олардың О₁ и О₂ төбелерін линзаның оптикалық центрімен О сәйкес келеді деп қарастыруға болады. Линзаның оптикалық центрі арқылы өтетін ось бас оптикалық ось деп аталады (РР¢түзуі, 1сурет).

Сур.1

Егер жарық сәулесін бас оптикалық оське параллель бағыттасақ сынғаннан кейін F₁ және F₂ нүктелері арқылы өтеді. (1, а сурет). Егер линзада сынғаннан кейін F₁ және F₂ нүктелері арқылы (бас фокустар), оның таралу бағытына қарсы сәулелердің сынған бағытындағы жолының жалғасын жүргізсек, онда мұндай линза шашыратқыш линза деп аталады. (1, б сурет).

Линзаның оптикалық центрі мен оның бас фокусының арасы (f₁ және f₂аралығы) линзаның бас фокус аралықтары деп аталады. Егер линза екі жағынан да бірдей ортамен (ауа) шектелсе, онда олар бір-біріне тең f₁ = f₂ = f.

Тәжірибелік қондырғы және фокус аралығын өлшеу әдістері

Жұқа линзалардың бас фокус аралығын әр түрлі тәсілдермен өлшеуге болады. Бұл мақсатта 2 суретте көрсетілген қондырғы қолданылады. Қондырғы 1 үстелшеден, онда арнайы ұстағыштардың 2 көмегімен 3 жарық көзі, зерттелетін линза 4 және экран 5 орналастырылады. Оптикалық үстелше жарық көзінің, линзаның және экранның орнын анықтайтын шкаламен жабдықталған. Дене ретінде жарық көзінің алдында орналасқан экранға проекциясы түсетін тор 6 қолданылады.

Оптикалық үстелшеде орналастырып жинағыш линзаның экранда шын кескінін аламыз. Осы кездегі сәулелердің линзадағы жолы 3 суретте көрсетілген.

, (1)

мұндағы f – линзаның бас фокус аралығы; а – денеден линзаның оптикалық центріне дейінгі ара қашықтық; b – кескіннен линзаның оптикалық центріне дейінгі ара қашықтық.

(1) теңдеуден:

. (2)

(2) формула жұқа жинағыш линзаның бас фокус аралығын анықтау үшін жұмыстық формула болып табылады. Ол үшін а және b ара қашықтықтарын өлшеу жеткілікті. Денеден және кескіннен линзаның оптикалық центріне дейінгі қашықтықты өлшеу кезінде, линзаның қалыңдығындай шамаға қателесеміз. Сондықтан жұқа линзаның бас фокус аралығын анықтау, оның өзінің қалыңдығындай дәлдікпен анықталуы мүмкін.

Ғылыми тәжірибе іс жүзінде жұқа жинағыш линзаның бас фокус аралығын анықтау үшін Бессел әдісі жиі қолданылады. Осы әдісті қарастырайық.

Дене мен экранның ара қашықтығы 4f – тен артық болсын. Осы кезде экранда анық кескін алынатын линзаның екі түрлі (сурет. 4) жағдайы болады, (бір жағдайда үлкейтілген, екіншісінде – кішірейтілген). Екі жағдайда да дененің кескіні бір линзамен алынатындықтан (1) формуладан төмендегідей жазуға болады

(3)