Początek

Skrypty Ciekawe strony  

Zaliczanie

   
 

Budowa mikroskopu i sposób wyznaczania powiększeń

I.Cel ćwiczenia.

 

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i obsługą mikroskopu metalograficznego.

 

II. Wiadomości uzupełniające.

 

Budowa mikroskopu i jego zdolność rozdzielcza.

Mikroskop złożony jest z dwu zbierających zespołów soczewek, umieszczonych na końcach 

rury zwanej tubusem. Zespół soczewek, zazwyczaj o krótkiej ogniskowej, zwrócony do 

przedmiotu nazywa się obiektywem, drugi zaś, przez który dokonuje się obserwacji, nosi 

nazwę okularu. Obiektyw tworzy wewnątrz tubusa rzeczywisty, powiększony i odwrócony 

obraz, który ogląda się za pomocą okularu. Wskutek istnienia obydwu zespołów obserwuje 

się pozorny, powiększony i prosty obraz. Całkowite powiększenie mikroskopu jest iloczynem 

powiększenia obiektywu i okularu.

Do optycznego wyposażenia mikroskopu należy również urządzenie oświetlające, od którego 

zależy jasność, ostrość i kontrastowość obrazu. Na jakość obrazu wpływa także dokładność 

prostopadłego ustawienia stolika względem osi optycznej tubusa mikroskopu. W tym celu 

zespoły te mocowane są na sztywnym statywie, który jest wyposażony w mechaniczne 

elementy regulacyjne oraz urządzenia służące do łatwej wymiany obiektywów oraz regulacji 

oświetlenia.

Powiększenie mikroskopu jest, jak powiedziano, iloczynem powiększenia obiektywu i 

okularu. Na podstawie tego stwierdzenia można by błędnie wnioskować, że przez 

odpowiedni dobór obiektywu i okularu otrzyma się dowolnie duże powiększenie. W 

rzeczywistości jednak rozmiary szczegółu, które można obserwować za pomocą mikroskopu, 

są nie mniejsze od pewnych określonych wartości, ograniczonych falowym charakterem 

światła.

Najmniejsza odległość d dwóch punktów, które można jeszcze rozróżnić z użyciem danego 

mikroskopu, nosi nazwę zdolności rozdzielczej. Zachodzi przy tym związek:

n sin = / d

w którym: n - współczynnik załamania światła ( szkła optycznego ),

- kąt zmiany kierunku promienia

- długość fali świetlnej,

d - zdolność rozdzielcza. 

Dla zmniejszenia zdolności rozdzielczej mikroskopu pomiędzy zgład i obiektyw wprowadza 

się kroplę przezroczystej cieczy, tzw. cieczy imersyjnej, o bardzo dużym współczynniku 

załamania n światła ( jest to zazwyczaj olej cedrowy ). Zwiększenie wartości n powoduje 

zmniejszenie d, zgodnie z podanym uprzednio wzorem:

d = / n sin

Wartość A = n sin = n sin /2 nosi nazwę apertury A, która jest wielkością charakteryzującą 

dany obiektyw. Im większa apertura A, tym mniejsze szczegóły można rozróżniać w obrazie 

mikroskopowym.

Zmianę powiększenia mikroskopu można otrzymać przez zmianą obiektywu lub okularu, 

zmianę odległości aparatu fotograficznego ( w przypadku fotografowania objektu ) lub też 

przez zmianę położenia ekranu ( w przypadku projekcji ). Wzrostowi powiększenia powinien 

jednak towarzyszyć wzrost liczby szczegółów w obserwowanym obrazie. Tak uzyskana 

powiększenie określa się mianem powiększenia użytecznego. 

Obiektyw i okular.

Układy optyczne zwykle są obarczone wadami odwzorowania obrazu przedmiotu. Obiektyw 

i okular mikroskopu są najbardziej wrażliwe na wady aberracji sferycznej i chromatycznej. 

Aberracja sferyczna jest wadą układu optycznego polegającą na tym, że promienie 

przecinają się nie w jednym punkcie, lecz na pewnym obszarze. Powoduje ona, że uzyskany 

obraz ma niejednakową ostrość w swoim centrum i na brzegach. Aberracja chromatyczna 

jest spowodowana rozszczepieniem wiązki białego światła po przejściu przez soczewkę, 

wskutek czego otrzymany obraz składa się z wielu nie pokrywających się ze sobą 

różnobarwnych obrazów. Wady te kompensuje się stosując układy kilku soczewek 

wykonanych z różnych gatunków szkła, o różnych krzywiznach. Obiektywy wykonuje się o 

powiększeniu własnym 5 120 x. Wielkości charakterystyczne obiektywu ( rodzaj obiektywu, 

apertura oraz powiększenie własne ) są zazwyczaj podawane na oprawie.

W badaniach metalograficznych stosuje się zazwyczaj obiektywy suche do pracy w powietrzu 

( n = 1 ); do dużych powiększeń są używane obiektywy immersyjne. W objektywach suchych 

największa apertura wynosi A = 1,4. Okulary w mikroskopach służą nie tylko do 

powiększania obrazu utworzonego przez obiektyw, lecz także korygują jego błędy optyczne. 

Okulary o najprostszej budowie składają się z dwu płasko wypukłych soczewek, pomiędzy 

którymi jest umieszczona kołowa przesłona. Są to okulary Huyghensa. Stosuje się je 

najczęściej do obserwacji bezpośredniej. Okulary Huyghensa nie korygują wad optycznych 

obiektywu i dlatego dawany przez nie obraz jest ostry tylko w środku, brzegi zaś rozmyte. 

Wady te są korygowane przez układy bardziej złożone.

Urządzenia oświetlające.

W mikroskopach metalograficznych urządzenie oświetlające składa się z silnego źródła 

światła oraz odpowiedniego układu optycznego, doprowadzającego światło do miejsca 

obserwowanego. Jako źródło światła najczęściej stosuje się niskowoltową żarówkę ze ściśle 

zwiniętymi włóknami, tworzącymi prawie punktowe źródło. Stosuje się także inne rodzaje 

lamp, np. łukowe, rtęciowe itp. Promienie wychodzące ze źródła światła skupia się za 

pomocą kondensora na otworze układu oświetlającego. Oświetlacz kieruje promienie światła 

na dany przedmiot przez obiektyw - za pośrednictwem płytki szklanej lub pryzmatu. 

Promienie świetlne padające na płytkę szklaną półprzezroczystą , nachyloną pod kątem 45o, 

częściowo przez nią przechodzą, częściowo się od niej odbijają i przez obiektyw docierają 

do powierzchni zgładu . Po odbiciu się od tej powierzchni promienie ponownie przechodzą 

przez obiektyw, a następnie są kierowane przez pryzmat do okularu, skąd docierają do oka 

obserwatora. Zastosowanie pryzmatu daje obraz jaśniejszy i bardziej kontrastowy, lecz 

zdolność rozdzielcza obiektywu jest mniejsza, ponieważ pryzmat przysłania połowę jego 

otworu czynnego.

Opisane układy umożliwiają obserwację przedmiotu w tzw. jasnym polu widzenia. Przy 

skośnym skierowaniu promieni na powierzchnię zgładu można obserwować w tzw. ciemnym 

polu widzenia. Otrzymany w ten sposób obraz jest jak gdyby negatywem obrazu w polu 

jasnym. Przy tym sposobie oświetlacz kieruje promienie ukośnie poza obiektywem; do 

obiektywu trafiają więc tylko promienie odbite, te, które na swej drodze spotkały szczegóły 

rozpraszające światło, jak granice ziarn, wydzieleń, wtrąceń, rysy itp. Inne płaszczyzny dają 

obraz ciemniejszy. Środkowa część cylindrycznej wiązki promieni jest przysłonięta kołową 

przesłoną. Wiązka promieni po odbiciu od pierścieniowego zwierciadła biegnie poza 

obiektywem, załamuje się w zwierciadle parabolicznym i pada skośnie na powierzchnię zgładu 

. Obserwacje w ciemnym polu widzenia przeprowadza się dla wydobycia szczegółów 

niewidocznych w polu jasnym. Wyznaczanie powiększenia na matówce mikroskopu.

W celu wyznaczenia wartości powiększenia uzyskiwanego na matówce mikroskopu w 

miejsce badanej próbki wstawia się podziałkę mikrometryczną ( zwykle jest to 1 mm 

podzielony na 100 części ). Otrzymany na matówce obraz tej podziałki należy dokładnie 

zmierzyć, tj. wyznaczyć np. odległość między dwiema sąsiednimi kreskami. Uzyskaną 

wartość należy podzielić przez 0,01 mm; otrzymany wynik jest wartością powiększenia 

uzyskiwanego na matówce.

Uwaga: zwykle w celu zwiększenia dokładności pomiaru powiększenia mierzy się odległość 

między skrajnymi kreskami widocznymi na ekranie; otrzymany wynik dzieli się wówczas przez 

liczbę działek. Podobnie przy fotografowaniu otrzymanych obrazów rozmiary poszczególnych 

wad można określić przez porównanie fotografii wady z fotografią podziałki mikrometrycznej, 

wykonaną w tych samych warunkach.

 

III. Przebieg ćwiczenia.

1.Zapoznać się z obsługą oraz budową mikroskopu metalograficznego.

2.Zestawić wyposażenie optyczne mikroskopu, określić wielkości charakterystyczne 

obiektywów i okularów oraz wyznaczyć wartości uzyskiwanych powiększeń.

3.Wyznaczyć powiększenie fotograficzne na matówce mikroskopu za pomocą podziałki 

mikrometrycznej oraz wyznaczyć rozmiary dowolnego szczegółu wtrącenia lub ziarna na 

zgładzie metalograficznym.

4.Wykonać zdjęcie fotograficzne obserwowanego szczegółu.

 

IV. Uwagi do sprawozdania.

Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:

a / narysowany schemat mikroskopu i biegu promieni,

b / podany krótki opis mikroskopu i jego obsługi,

c / narysowane struktury obserwowanych próbek,

d / uwagi i wnioski.

 

V. Dodatkowe pomoce nauczania.

W trakcie omawiania mikroskopu, jego budowy, zasady działania, obsługi i wyznaczania 

powiększeń należy posłużyć się następującymi pomocami:

a / prospekty i katalogi mikroskopów różnych firm,

b / plansze poglądowe i schematy mikroskopów.