§7.5 Оптична мікроскопія

Призначення лупи полягає в тому, щоб на відстані найкращого зору (для нор­мального ока вона рівна 25 см) розглядати предмет під більшим кутом зору (рис. 3.15). Предмет АВ знаходиться на відстані найкращого зору і видний під кутом . У положенні А₁В₁предмет бачимо під кутом , проте він знаходиться близь­ко до ока. Лупа віддаляє А зображення предмета на О відстань найкращого зору (положення А'В'). Проте тепер

В ₁В предмет спостерігаємо під кутом зору ', ( і, отже, чіткіше можна розглянути його деталі. Збільшення, яке дає лупа, оцінюємо відношенням , де D - відстань найкращого зору, F – фокусна відстань лінзи.

Рисунок 3.15

Рисунок 3.15

Мікроскоп служить для значного збільшення малих об'єктів. Його оптична система (рис. 3.16) в найпростішому випадку складається з короткофокусної збиральної лінзи (об'єктива) О₁ з фокусною відстанню ^Fоб, і довгофокусної збираль­ної лінзи (окуляра) 0₂ з фокусною відстанню F_ок. Оптичні осі окуляра і об'єктива співпадають.

Рисунок 3.16

Призначення об'єктива - давати збільшене дійсне зображення об'єкта. Про­те збільшення, яке дає об'єктив, недостатнє, тому зображення F_ов розглядається через окуляр, який дає уявне зображення. Окуляр є лупою. Збільшення об'єктива К_об,.і окуляра К_ок визначаються за формулами:

K_об = ; К_ок = , де L – відстань між найближчими фокусами окуляра

і об'єктива, - відстань найкращого зору. Загальне збільшення мікроскопа К до­рівнює добутку збільшень об'єктива і окуляра:

К_об = К_об К_ок = (7.17)

Практично збільшення оптичного мікроскопа не перевищує 2500-3000. Це зу­мовлено дифракційними явищами.

Явище дифракції світла приводить до того, що, якщо дві точки досліджувано­го об'єкта знаходяться дуже близько одна від одної, то в мікроскоп побачити їх роздільно неможливо: їх зображення зіллються. Властивість оптичної системи давати роздільне зображення дрібних деталей предмета, який розглядається в мікроскоп, називається роздільною здатністю мікроскопа. Роздільна здатність ха­рактеризується роздільною відстанню г, під якою розуміють найменшу відстань між двома точками предмета, при якому їх зображення видно роздільно. Чим мен­ша ця відстань, тим вища роздільна здатність мікроскопа.

Згідно із теорією Аббе, гранична роздільна відстань визначається за формулою:

Z = (7.18)

де - довжина хвилі світла, яким освітлюється препарат, п — показник за­ломлення середовища між препаратом і об'єктивом мікроскопа, - апертурний кут об'єктива мікроскопа - кут між оптичною віссю об'єктива і променем, який проведений із центру предмета, який розглядають, до краю отвору об'єктива (рис. 3.19).

Величину А = nsin називають числовою апертурою об'єктива. Відзначи­мо, що наведений вираз справедливий при освітленні препарату пучком світла, що сходиться. При освітленні паралельним пучком величина z є більшою вдвічі.

Знаючи величину А можна правильно підібрати об'єктив, який дозволив би розрізняти об'єкти потрібного розміру, наприклад при проведенні біологічних дос­ліджень (вивчення мікробів).

З формули (7.18) видно шляхи збільшення роздільної здатності мікроскопа:

а) збільшення величини апертурного кута - в сучасних короткофокусних об'єктивах цей кут рівний майже 90°;

б) збільшення п - показника заломлення між об'єктивом і предметом, простір між ними може бути заповнений олією (наприклад, кедровою) з п = 1,5(такі системи­ називають імерсійними).

Таким чином, із формули (7.18) видно, що досяжна роздільна здатність мікро­скопа для 0,6мкм дорівнюватиме

z_min = = 0,2 мкм

Отже, в оптичний мікроскоп можна розрізняти деталі, взаємно віддалені не менш ніж на 0,2 мкм.

При роботі з мікроскопом суттєве значення має поняття його корисного збільшення, яке зв'язане як з величиною роздільної відстані об'єктива мікроскопа, так і з роздільною здатністю ока спостерігача, яка також обмежена. На відстані найкращого зору око людини може розрізняти роздільно дві точки, якщо відстань між ними не менше 0,1 мм. Це і є роздільною відстанню неозброєного ока.

Розділ УІІІ Теплове випромінювання