Что такое микроскоп кратко. История микроскопии
Наверное, каждый из нас, хоть один раз в жизни, имел возможность поработать с таким прибором как микроскоп - кто в школе на уроке биологии, а кто-то, возможно, в силу своей профессии. С помощью микроскопа мы можем наблюдать за мельчайшими живыми организмами, частицами. Микроскоп достаточно сложный прибор, и к тому же, имеет длинную историю, которую полезно будет узнать. Давайте разберемся, что такое микроскоп?
Определение
Слово «микроскоп» происходит от двух греческих слов «micros» - «маленький», «skopeo» - «смотрю». То есть, предназначение данного прибора – рассматривание маленьких объектов. Если давать более точное определение, то микроскоп – оптический прибор (с одной или несколькими линзами), используемый для получения увеличенных изображений неких объектов, которые не видны невооруженным глазом.
К примеру, микроскопы, используемые в сегодняшних школах, способны увеличивать в 300-600 крат, этого вполне достаточно, чтобы разглядеть живую клетку в подробностях – можно увидеть стенки самой клетки, вакуоли, её ядро и т.д. Но для этого всего он прошел довольно длинный путь открытий, и даже разочарований.
История открытия микроскопа
Точное времени открытия микроскопа до сих пор не установлено, так как самые первые устройства для наблюдений маленьких объектов находили археологи в различных эпохах. Они выглядели как обычная лупа, то есть это была двояковыпуклая линза, дающая увеличение изображения в несколько раз. Уточню, что самые первые линзы были изготовлены не из стекла, а из некого прозрачного камня, поэтому говорить о качестве изображений не приходится.
В дальнейшем были уже изобретены микроскопы, состоящие из двух линз. Первая линза – это объектив, она обращалась к изучаемому предмету, а вторая линза – окуляр, в который смотрел наблюдатель. Но изображение объектов всё равно было сильно искажено, вследствие сильных сферических и хроматических отклонений – свет преломлялся неравномерно, и из-за этого картинка была нечеткая и окрашенная цветом. Но все же, даже тогда увеличение микроскопа было в несколько сот крат, что немало.
Система линз в микроскопах была значительно усложнена только в самом начале 19-го века, благодаря работе таких физиков как Амичи, Фраунгофера и др. В устройстве объектива уже применялась сложная система, состоящая из собирающих и рассеивающих линз. Причем, эти линзы были из разных видов стекла, компенсировавших недостатки друг друга.
Микроскоп ученого из Голландии, Левенгука имел уже предметный столик, куда складывались все изучаемые объекты, а также был винт, который позволял этот столик плавно перемещать. Потом уже было добавлено зеркало – для лучшего освещения объектов.
Строение микроскопа
Существуют простые и сложные микроскопы. Простой микроскоп представляет собой одну систему линз, именно такой является обычная лупа. Сложный же микроскоп сочетает в себе две простые линзы.
Сложный микроскоп, соответственно, дает большее увеличение, и к тому же, он обладает большей разрешающей способностью. Именно наличие данной способности (разрешающей) дает возможность различать детали образцов. Увеличенное же изображение, где не различить подробности, даст немного полезной нам информации.
Сложные микроскопы имеют двухступенчатые схемы. Одна система линз (объектив) подносится близко к объекту – она, в свою очередь, создает разрешенное и увеличенное изображение объекта. Потом, изображение уже увеличивается другой системой линз (окуляром), она помещается, непосредственно, ближе к глазу наблюдателя. Данные 2 системы линз располагаются на противоположных концах тубуса микроскопа.
Современные микроскопы
Современные же микроскопы могут давать колоссальное увеличение – до 1500-2000 крат, при этом качество изображения будет прекрасное. Также имеют довольно большую популярность бинокулярные микроскопы, в них изображение от одного объектива раздваивается, при этом на него можно смотреть сразу двумя глазами (в два окуляра). Это позволяет еще намного лучше различать зрительно мелкие детали. Подобные микроскопы используются обычно в разных лабораториях (в т.ч и в медицинских) для исследований.
Электронные микроскопы
Электронные же микроскопы помогают нам «рассмотреть» изображения отдельных атомов. Правда, слово «рассмотреть» применено здесь относительно, так как глазами напрямую мы не смотрим - изображение объекта появляется вследствие сложнейшей обработки компьютером полученных данных. Устройство микроскопа (электронного) основывается на физических принципах, а также способе «ощупывания» поверхностей объектов тончайшей иглой, у которой кончик толщиной всего лишь в 1 атом.
USB-микроскопы
В настоящее время, во время развития цифровых технологий, каждый человек может приобрести насадку-объектив на камеру своего мобильного телефона, и делать фотографии любых микроскопических объектов. Еще есть очень мощные USB-микроскопы, при подключение к домашнему компьютеру, позволяющие рассмотреть получившееся изображение на мониторе. Большинство цифровых фотоаппаратов способны делать снимки в режиме макросъёмки, с помощью нее Вы сможете сделать фото мельчайших объектов. А если поместить небольшую собирающую линзу перед объективом вашего фотоаппарата, то можно легко получить увеличение фотографии до 500 крат.
Сегодня новые технологии помогают увидеть то, что буквально сто лет назад было недоступно. Части микроскопа на протяжение всей его истории постоянно усовершенствовались, и в настоящее время мы видим микроскоп уже в законченном варианте. Хотя, научный прогресс не стоит на месте, и в недалеком будущем, возможно, будут появляться еще более усовершенствованные модели микроскопов.
В обычной жизни многие хотя бы раз, но могли познакомиться с таким устройством, как микроскоп. Например, кто-то работает в сфере, где необходим такой прибор, кто-то другой в школе на биологии пользовался им. При помощи микроскопа можно наблюдать за самыми маленькими частицами и организмами.
Микроскоп - это довольно сложный прибор, он имеет длительную историю. Она будет интересна и полезна для каждого человека. Сперва нужно рассмотреть, что же это такое - микроскоп.
Определение
На данный момент в школе используются микроскопы, которые могут увеличивать до 300-600 крат. Для того чтобы рассмотреть живую клетку, этого будет вполне достаточно. При помощи микроскопа можно увидеть ее вакуоли, стенки, ядро. Но для того, чтобы стать настолько мощным приспособлением, он прошел большой путь открытий и разочарований со стороны ученых.
Значение
Что означает слово "микроскоп"? Оно образуется из двух греческих слов: micros, что значит маленький, и skopeo, что в переводе означает смотрю. Таким образом, прямое предназначение устройства - это рассматривать маленькие объекты. Если говорить о более точной характеристике, то микроскопом является оптический прибор, который работает с одной или несколькими линзами. Благодаря ему можно получать изображение многих объектов, которые нельзя увидеть невооруженным глазом.
История открытия микроскопа
Что такое микроскоп, мы уже рассмотрели. Самое время поговорить о истории его открытия. Точная дата неизвестна. Дело в том, что устройство для рассмотрения небольших объектов археологи находили в совершенно разных эпохах. В старые времена они были обычной лупой. На тот момент она представляла собой двояковыпуклое устройство, которое могло увеличить объект всего лишь в несколько раз. Качество изображения было на низшем уровне, так как изготавливались они не из стекла, а из прозрачного камня.
Развитие
Чуть позже появилось такое понятие, как микроскопы. Принцип работы на тот момент был основан на использовании двух линз. Первая являлась объективом, который необходимо было направить на изучаемый объект. Вторая же была окуляром. В нее смотрел наблюдатель. Из-за хроматических отклонений, а также сферических, получаемое изображение было сильно испорчено. Более того картинка была неточной, нечеткой, а также окрашенной в неправильные цвета. Но даже в то время кратность устройства достигала несколько сот, что являлось неслабым показателем.
Значение слова "микроскоп" обрело смысл с разработкой системы линз, которая была осложнена только в начале XIX века. На тот момент в устройстве объектива уже устанавливалась сложнейшая система, в которую были добавлены собирательные и рассеивающие линзы. Они были созданы из специального стекла, которое компенсировало недостатки друг друга.
Чуть позже был создан микроскоп, который получил предметный столик. Туда можно было складывать все объекты, которые следует изучить. В конструкцию также был добавлен винт, который позволял столик перемещать. И уже немного позже появилось зеркало, которое позволяло идеально освещать объекты. Лабораторные микроскопы на данный момент имеют похожее строение. Они идеально показывают себя в эксплуатации и являются незаменимыми помощниками.
Строение микроскопа
На данный момент существуют простые и сложные микроскопы. Первые работают с одной системой линз, именно такое строение получила лупа. В сложном же сочетают две простейшие линзы. Поговорим немного о последнем варианте.
Сложный микроскоп будет давать большее увеличение, также он имеет хорошую разрешающую способность. Именно благодаря ей можно различать элементы образцов. Например, клетка под микроскопом сложной конструкции будет идеально разложена на составляющие. Увеличенное изображение, где нельзя различать подробности, никакой полезной информации не несет.
Большая часть сложных микроскопов основана на двухступенчатых схемах. Одна линза подносится практически вплотную к объекту, то есть благодаря ей и создается увеличенное изображение. После при помощи окуляра, то есть другой системы линз, само изображение увеличивается. Именно он располагается ближе к глазу наблюдателя. Описанные системы линз должны находиться на разных концах тубуса прибора.
Современные микроскопы
Что такое микроскоп в современном мире? Это приборы, которые могут давать колоссальное увеличение. Оно достигает 2000 крат. При этом нужно отметить, что качество получаемого изображения просто идеальное. Чаще всего такие микроскопы, фото которых имеются в статье, используются в лабораториях для того, чтобы проводить исследования.
Огромную популярность получили бинокулярные микроскопы, так как в них изображение раздваивается, имея один объектив. За счет двух окуляров можно смотреть на объект сразу двумя глазами. А за счет этого можно рассмотреть даже самые мелкие детали.
Виды микроскопов
Первый и самый древний микроскоп - световой. Определение данного устройства звучит таким образом: прибор, который позволяет увеличивать изображение и их структуру, которую нельзя заметить невооруженным глазом. Соответственно, данное устройство работает с набором линз, которые могут регулировать расстояние и зеркало. Последнее необходимо для того, чтобы подсвечивать объект. Довольно часто, когда нет возможности установить рабочую поверхность, можно использовать независимый источник света. Суть этого микроскопа заключается в том, чтобы можно было менять длину волны оптического спектра, который является видимым.
Второй вид микроскопа - это электронный. Он устроен гораздо сложнее, чем описанный выше световой. Последний имеет некоторые недостатки, например, такой микроскоп не сможет дать рассмотреть клетку вируса или любого другого организма, который имеет небольшие размеры, так как свет просто будет его огибать. В этом случае используются электронные приборы. Учитывая, что его магнитное поле делает волны света намного тоньше, можно рассмотреть даже самые маленькие детали. Чаще всего используют такой прибор в биологии.
Третий вид - это зондирующий. Если говорить упрощенно, то это устройство работает при помощи зонда, который посредством движений и колебаний создает трехмерное или же растровое изображение и переносит на компьютер.
Электронные микроскопы
Многих интересует вопрос, что за микроскоп это? Определение будет таким же, как и было описано выше. Разница заключается в совершенно другой конструкции. Благодаря таким микроскопам можно рассмотреть изображения атомов. При этом глагол рассмотреть используется в переносном смысле, так как изображение получается не при помощи объектива. Человеку не нужно смотреть в линзу, все данные переносятся на компьютер. Программное обеспечение само обрабатывает полученную информацию. Конструкция электронного микроскопа имеет другие физические принципы. Для исследования поверхность объектов пронзается тончайшей иглой. Ее кончик имеет размер всего лишь в один атом.
USB-микроскопы
Определение слова "микроскоп" в общем виде мы рассмотрели выше. Но надо также немного узнать об одном из видов этого прибора - USB-технологии. На данный момент, в свете развития цифровых данных, практически каждый человек может приобрести накладку на свой телефон. Благодаря такому USB-микроскопу можно сделать очень мощные и красивые фотографии. Также существуют хорошие микроскопы такого типа, которые подключаются к компьютеру. Нередко они оснащаются памятью, сохраняя полученные изображения. Множество цифровых фотоаппаратов работают с режимом макросъемки. Профессиональная техника позволит сделать фото мельчайших объектов. Если установить собирающую линзу перед объективом фотоаппарата, то можно получить увеличение изображения до 500 крат.
Рентгеновский микроскоп
Рентгеновский микроскоп, фото которого есть в статье, представляет собой устройство, которое может исследовать даже самые маленькие объекты, размеры которых имеют длину рентгеновской волны. Довольно часто такие устройства используют для исследования различных материалов, которые имеют большой атомный номер. На данный момент по разрешающей способности эти устройства находятся между электронными и оптическими микроскопами. Сейчас существуют приборы, показатель которых составляет 5 нанометров.
Разработка такого микроскопа имела ранее серьезные трудности. К сожалению, рентгеновские лучи имеют такое строение, из-за которого фокусировать обычными линзами их невозможно. Дело заключается в том, что они слишком сильно преломляются в прозрачных средах, соответственно, их довольно сложно уловить. В электрических и магнитных полях преломление отсутствует, поэтому линзы такого типа также нельзя использовать для фокусировки.
Устройство
Сейчас в современной оптике имеются отличные линзы, которые имеют эффект обратного лучепреломления.
Человеческий глаз не может уловить рентгеновский луч. Именно поэтому приходится использовать фототехнику или преобразователь, которые помогут увидеть их. Первый рентгеновский микроскоп, который использовался в коммерческих целях, был создан в пятидесятых годах XX века. На тот момент он являлся проекционным микроскопом, в котором были использованы фотопластинки.
На данный момент имеется два типа рентгеновских микроскопов. Они называются "отражательный" и "проекционный". В первом используется явление, которое действует при скользящем падении. Это позволяет максимально улучшить и увеличить проникающую способность лучей. Для того чтобы работать с такими приборами, необходимо поместить источник излучения за изучаемым объектам. Тогда рентгеновские лучи будут просвечиваться. За счет этого такой метод позволяет давать не только информацию о структуре, но и о химическом составе объекта.
Проекционные же представляют собой камеры, расположенные на противоположных концах. С одной стороны находится источник излучения, а с другой человек смотрит.
С микроскопами такого типа довольно часто используются дополнительные оптические приборы. Для того, чтобы получить максимальное увеличение необходимо размещать объект на минимальном расстоянии от излучения. Для этого необходимо фокус расположить на окне рентгеновской трубки. Последнее время ведутся разработки микроскопов, которые будут использовать специальные пластинки френеля, чтобы максимально сфокусировать изображение. Такие микроскопы получили разрешающую способность до 30 нанометров.
Использование и польза
Проекционный микроскоп получил применение во многих сферах науки. Речь идет как минимум о медицине, минералогии, металловедении. Что же можно сделать при помощи рентгеновского проекционного микроскопа? С легкостью изучить качество тонких покрытий. Благодаря данному устройству, можно увеличить срезы ботанических и биологических объектов с толщиной до 200 мкм. Также можно их использовать для того, чтобы провести анализ порошков металлов, как легких, так и тяжелых, изучая строение объектов. Как правило, таковые вещества являются непрозрачными для световых лучей и электронов. Именно поэтому используются рентгеновские микроскопы. Важное достоинство таких приборов заключается в том, что в них можно наблюдать жизненный цикл непрепарированной живой клетки.
Итоги
Что такое микроскоп, мы рассмотрели в данной статье. Его фотографии и полное описание позволят человеку полностью разобраться в данном вопросе. Следует обратить внимание, что сейчас существует большое количество видов данных устройств. Поэтому нужно четко понимать, какие из них в каких сферах используются.
Наиболее популярным сейчас и более известным является световой. Дело в том, что он используется в школах, в государственных лабораториях, то есть в тех организациях, где нет смысла приобретать более дорогостоящее оборудование.
Стоимость на микроскопы заметно варьируется также в зависимости от видов. Например, оптические и цифровые обойдутся потребителям минимум в 2500 руб. Однако у таких моделей небольшое увеличение, полностью соответствующее ценовой категории.
Что такое микроскоп? Это довольно популярное изделие, которое на слуху, и в последнее время часто пользуется спросом. Благодаря ему можно рассматривать клетки, вирусы, разные биологические объекты, которые необходимы для улучшения жизни человека.
Тудупов Аюр
В своей работе ученик рассматривает историю создания микроскопа. А также описывает опыт по созданию простейшего микроскопа в домашних условиях.
Скачать:
Предварительный просмотр:
МОУ «Могойтуйская средняя общеобразовательная школа №1»
Исследовательская работа по теме
«Что такое микроскоп»
Секция: физика, техника
Выполнил: ученик 2- а класса Тудупов Аюр
Руководитель: Баранова И.В.
пгт. Могойтуй
2013 год
Представление
Выдвигается
уч-ся 2-а класса МОУ МСОШ №1 п. Могойтуй Тудупов Аюр
Название исследовательской работы
«Что такое микроскоп?»
Руководитель работы
Баранова Ирина Владимировна
Краткое описание (тематика) работы :
Данная работа относится к экспериментальным исследованиям и носит экспериментально – теоретическое исследование.
Направление:
Физика, прикладные исследования (техника).
Краткое описание исследовательской работы
Название «Что такое микроскоп?»
Выполнен Тудуповым Аюр
Под руководством Барановой Ирины Владимировны
Исследовательская работа посвящена изучению: созданию микроскопа с помощью капли воды
Откуда у Вас возник интерес к этой проблеме, вопросу? Всегда хотелось иметь микроскоп, чтобы увидеть невидимый мир
Где мы искали информацию для ответа на возникшие вопросы (указать источники)
- Интернет
- Энциклопедии
- Консультация с учителем
Какую гипотезу выдвигали: можно создать микроскоп своими руками из капли воды.
В исследовании мы использовали следующие методы:
Эксперименты:
- Эксперимент №1 «Создание микроскопа».
- Работа с книгами.
Выводы:
- Дома можно сделать простейший микроскоп из подручных средств.
- Я узнал, из чего состоит микроскоп.
- Создавать свою собственную вещь очень интересно, тем боле, что микроскоп- штука интересная.
Для презентации результатов исследования мы планируем использовать фотографии.
Анкета участника
План работы
- Анкета автора работы - стр. 1
- Оглавление - стр.2
- Краткое описание проекта - стр. 3
- Введение - стр.4
- Основная часть - стр. 5 – 10
- Эксперимент по созданию микроскопа. - стр. 11-14
- Заключение - стр. 15
- Литература и источники - стр. 16
ВВЕДЕНИЕ
С самого раннего возраста каждый день, дома, в детском саду и в школе, приходя с прогулки и после туалета, после игр и перед едой я слышу одно и то же: «Не забудь помыть руки!». И вот я задумался: «А зачем их так часто мыть? Они ведь и так чистые?». Я спросил у мамы: «Зачем надо мыть руки?». Мама ответила: «На руках, как и на всех окружающих предметах, содержится множество микробов, которые попадая с пищей в рот, могут вызвать заболевание». Я внимательно посмотрел на свои руки, но никаких микробов не увидела. А мама сказала, что микробы очень маленькие и их нельзя увидеть без специальных увеличительных приборов. Тогда я вооружился увеличительным стеклом и стал разглядывать все, что меня окружало. Вот только никаких микробов все равно не увидел. Мама объяснила мне, что микробы настолько малы, что их можно разглядеть только под микроскопом. У нас в школе есть микроскопы, но их нельзя взять домой и искать микробов. И тогда я решил сделать свой микроскоп.
Цель моего исследования : собрать свой микроскоп.
Задачи проекта:
- Узнать историю создания микроскопа.
- Узнать, из чего состоит микроскопы, и какими могут они быть.
- Попытаться создать свой микроскоп и проверить его.
Моя гипотеза : можно создать микроскоп своими руками в домашних условиях из капли воды и подручных средств.
Основная часть
История создания микроскопа.
Микроскоп (от греч. - малый и смотрю) - оптический прибор для получения увеличенных изображений объектов, невидимых невооружённым глазом.
Увлекательное это занятие - рассматривать что-либо в микроскоп. Не хуже компьютерных игр, а может быть, даже и лучше. Но кто же придумал это чудо - микроскоп?
В голландском городе Миддельбурге жил триста пятьдесят лет назад очковый мастер. Терпеливо шлифовал он стекла, делал очки и продавал их всем, кто в этом нуждался. Было у него двое детей - два мальчика. Они очень любили забираться в мастерскую отца и играть его инструментами и стеклами, хотя это и было им запрещено. И вот однажды, когда отец куда-то отлучился, ребята пробрались по обыкновению к его верстаку, - нет ли чего-нибудь новенького, чем можно позабавиться? На столе лежали стекла, приготовленные для очков, а в углу валялась короткая медная трубка: из нее мастер собирался вырезать кольца - оправу для очков. Ребята втиснули в концы трубки по очковому стеклу. Старший мальчик приставил к глазу трубку и посмотрел на страницу развернутой книги, которая лежала здесь же на столе. К его удивлению, буквы стали огромными. В трубку посмотрел младший и закричал, пораженный: он увидел запятую, но какую запятую - она была похожа на толстого червяка! Ребята навели трубку на стеклянную пыль, оставшуюся после шлифовки стекол. И увидели не пыль, а кучку стеклянных зернышек. Трубка оказалась прямо волшебной: она сильно увеличивала все предметы. О своем открытии ребята рассказали отцу. Тот даже не стал бранить их: так был он удивлен необычайным свойством трубки. Он попробовал сделать другую трубку с такими же стеклами, длинную и раздвижную. Новая трубка увеличивала еще лучше. Это и был первый микроскоп. Его
случайно изобрел в 1590 году очковый мастер Захария Янсен, - вернее сказать, - его дети.
Подобные мысли о создании увеличивающего прибора приходили в голову не одному Янсену: изобретали новые приборы и голландец Ян Липерсгей (тоже "очковых" дел мастер и тоже из Миддельбурга), и Яков Метиус. В Англии появился голландец Корнелий Дреббель, который изобрел микроскоп с двумя двояковыпуклыми линзами. Когда в 1609 году распространились слухи, что в Голландии имеется некое устройство для рассматривания крошечных объектов, Галилей уже на следующий день понял общую идею конструкции и сделал микроскоп в своей лаборатории, а в 1612 году он уже наладил изготовление микроскопов. Созданное устройство никто поначалу микроскопом не называл, его именовали конспицилией. Всем знакомые слова "телескоп" и "микроскоп" впервые в 1614 году произнес грек Демисциан.
В 1697 году из Москвы за границу выехало Великое посольство, в составе которого был наш царь Петр Первый. В Голландии он услышал, что "некий голландец Левенгук", живущий в городе Делфте, делает у себя дома удивительные устройства. С их помощью он обнаружил тысячи зверюшек, более чудесных, чем самые диковинные заморские звери. И эти зверюшки "гнездятся" в воде, в воздухе и даже во рту человека. Зная любознательность царя, нетрудно догадаться, что Петр немедленно отправился в гости. Устройства, которые увидел царь, были так называемыми простыми микроскопами (это была лупа с большим увеличением). Однако Левенгуку удалось добиться увеличения в 300 раз, а это превосходило возможности лучших сложных микроскопов XVII века, имевших и объектив, и окуляр.
Долгое время секрет "блошиного стекла", как пренебрежительно называли прибор Левенгука современники-завистники, раскрыть не удавалось. Как могло
получиться, что в 17 веке ученый создавал устройства, по некоторым характеристикам близкие к устройствам начала 20 века? Ведь при тогдашней технике невозможно было сделать микроскоп. Сам Левенгук свой секрет не открыл никому. Тайну "блошиного стекла" удалось раскрыть только через 315 лет, в Новосибирском государственном медицинском институте на кафедре общей биологии и основ генетики. Секрет должен был быть очень простым, ведь Левенгук за короткий срок сумел изготовить множество экземпляров своих однолинзовых микроскопов. Может быть, он вообще не шлифовал линзы- лупы? Да, это делал за него огонь! Если взять стеклянную нить и поместить в пламя горелки, на конце нити появится шарик - он-то и служил Левенгуку линзой. Чем меньше был шарик, тем большего увеличения удавалось достичь...
Около двух часов провел в 1697 году Петр Великий у Левенгука - и все смотрел, смотрел. А уже в 1716 году, во время своей второй поездки за границу, император приобрел для Кунсткамеры первые микроскопы. Так чудесный прибор появился в России.
Микроскоп можно назвать прибором, открывающим тайны. Микроскопы в разные года выглядели по-разному, но с каждым годом становились всё сложнее, и у них стало появляться много деталей.
Вот так выглядел первый микроскоп Янсена:
Первый крупный сложный микроскоп сделал английский физик Роберт Гук в 17 веке.
Вот так выглядели микроскопы в 18 веке. В 18 веке было много путешественников. И им нужно было иметь дорожный микроскоп, который бы умещался в сумке или кармане пиджака. В первой половине XVIII в. широкое распространение получил так называемый "ручной" или "карманный" микроскоп, сконструированный английским оптиком Дж. Вильсоном. Вот так они выглядели:
Из чего состоит микроскоп?
Все микроскопы состоят из следующих деталей:
Часть микроскопа | Для чего нужна |
окуляр | увеличивает изображение, которое получено от объектива |
объектив | обеспечивает увеличение мелкого предмета |
тубус | зрительная трубка, соединяет объектив и окуляр |
винт настройки | поднимает и опускает тубус, позволяет приближать и отдалять предмет исследования |
предметный столик | на нём размещается предмет рассмотрения |
зеркало | помогает направлять свет в отверстии на предметном столике. |
Есть ещё подсветка и зажимы.
Ещё я узнал, какие могут быть микроскопы. В современном мире все микроскопы можно разделить:
- Учебные микроскопы. Их называют еще школьные или детские.
- Цифровые микроскопы. Основная задача цифрового микроскопа- не просто показать объект в увеличенном виде, но и сделать фотографию или снять видеоролик.
- Лабораторные микроскопы. Главной задачей лабораторного микроскопа являются проведение конкретных исследований в различных областях науки, промышленности, медицине.
Создание собственного микроскопа
Когда мы искали сведения об истории микроскопов, то на одном из сайтов узнали, что можно сделать свой микроскоп из капли воды. И тогда я решил попробовать провести эксперимент по созданию такого микроскопа. Из капли воды можно сделать маленький микроскоп. Для этого нужно взять плотную бумагу, проколоть в ней толстой иглой дырочку и на нее аккуратно посадить каплю воды. Микроскоп готов! Поднесите эту капельку к газете – буквы увеличились. Чем меньше капля, тем больше увеличение. В первом микроскопе, изобретенном Левенгуком, все было сделано именно так, только капелька была стеклянная.
Мы нашли книгу, которая называется «Мои первые научные опыты» и чуть усложнили модель микроскопа. Для работы мне понадобились:
- Стеклянная банка.
- Металлизированная бумага (фольга для запекания).
- Ножницы.
- Скотч.
- Толстая иголка.
- Пластилин.
Когда я всё это собрал, то приступил к созданию модели микроскопа. Чуть ниже я поэтапно распишу всю свою работу. Конечно же, мне понадобилась небольшая помощь со стороны мамы и сестры.
Глаз человека устроен таким образом, что не способен отчетливо разглядеть предмет и его детали, если его размеры меньше, чем 0,1 мм. А ведь в природе существуют различные микроорганизмы, клетки как растительных, так и животных тканей и множество других объектов, размеры которых значительно меньше. Чтобы видеть, наблюдать и изучать подобные объекты, человек пользуется специальным оптическим прибором, названным микроскопом , который позволяет во много сотен раз увеличить изображение предметов, не видимых человеческим глазом. Само название прибора, состоящее из двух греческих слов: малый и смотрю, говорит о его назначении. Так, оптический микроскоп способен увеличить изображение объекта в 2000 раз. Если же изучаемый объект, например вирус, слишком мал и для его увеличения оптического микроскопа недостаточно, современная наука использует электронный микроскоп, который позволяет увеличить наблюдаемый объект в 20000-40000 раз.
Изобретение микроскопа связано в первую очередь с развитием оптики. Увеличительная способность изогнутых поверхностей была известна еще 300 лет до н. э. Евклиду и Птоломею (127-151 г.), 
однако эти оптические свойства не нашли тогда применения. Лишь в 1285 году итальянцем Сальвинио дели Арлеати были изобретены первые очки. Имеются сведения, что первый прибор типа микроскопа был создан в Нидерландах З. Янсеном около 1590 года. Взяв две выпуклые линзы, он смонтировал их внутри одной трубки, за счет выдвижного тубуса достигалась фокусировка на изучаемом объекте. Прибор давал десятикратное увеличение предмета, что было настоящим достижением в области микроскопии. Янсен изготовил несколько таких микроскопов, значительно совершенствуя каждый последующий прибор.
В 1646 году было опубликовано сочинение А. Кирхера, в котором он описал изобретение века — простейший микроскоп, получивший название «блошиного стекла». Лупу вставляли в медную основу, на которой крепился предметный столик. Изучаемый объект помещали на столик, под которым было вогнутое или плоское зеркало, отражавшее солнечные лучи на объект и освещавшее его снизу. Лупу передвигали с помощью винта, пока изображение предмета не становилось отчетливым.
Сложные микроскопы, созданные из двух линз, появились в начале 17 века. Многие факты свидетельствуют о том, что изобретателем сложного микроскопа был голландец К. Дребель, состоявший
на службе у короля Англии Иакова I. Микроскоп Дребеля имел два стекла, одно (объектив) было обращено к изучаемому предмету, другое (окуляр) — обращено к глазу наблюдателя. В 1633 году английский физик Р. Гук усовершенствовал микроскоп Дребеля, дополнив его третьей линзой, названной коллективом. Такой микроскоп получил большую популярность, по его схеме изготавливалось большинство микроскопов конца 17-го и начала 18-го веков. Рассматривая под микроскопом тонкие срезы животных и растительных тканей, Гук открыл клеточное строение организмов.
А в 1673—1677 годах голландский естествоиспытатель А. Левенгук с помощью микроскопа открыл не известный ранее огромный мир микроорганизмов. На протяжении многих лет Левенгук изготовил около 400 простейших микроскопов, представлявших собой маленькие двояковыпуклые линзы, диаметр некоторых из них был меньше 1 мм, полученных из стеклянного шарика. Сам шарик шлифовался на простейшем шлифовальном станке. Один из таких микроскопов, дающий 300-кратное увеличение, хранится в Утрехте в университетском музее. Исследуя все, что попадалось на глаза, Левенгук делал одно за другим великие открытия. Кстати, создатель телескопа Галилей, совершенствуя созданную им зрительную трубу, обнаружил в 1610 году, что в раздвинутом состоянии она значительно увеличивает мелкие предметы. Меняя расстояние между окуляром и объективом, Галилей использовал трубу как своеобразный микроскоп. Сегодня нельзя представить научную деятельность человека без использования микроскопа. Микроскоп нашел широчайшее применение в биологических, медицинских, геологических лабораториях и лабораториях материаловедения.
Из истории микроскопа
В рассказе Василия Шукшина «Микроскоп» деревенский столяр Андрей Ерин купил на «заныканую» от жены зарплату мечту всей своей жизни – микроскоп – и поставил своей целью найти способ извести на земле всех микробов, поскольку искренне считал, что, не будь их, человек мог бы жить более ста пятидесяти лет. И только досадное недоразумение помешало ему в этом благородном деле. Для людей многих профессий микроскоп - это необходимое оборудование, без которого выполнение многих исследований и технологических операций просто невозможно. Ну а в «домашних» условиях этот оптический прибор позволяет всем желающим расширить границы своих возможностей, заглянув в «микрокосмос» и исследовав его обитателей.
Первый микроскоп был сконструирован отнюдь не профессиональным ученым, а «любителем», торговцем мануфактурой Антони Ван Левенгуком, жившим в Голландии в XVII веке. Именно этот пытливый самоучка первым взглянул через сделанный им самим прибор на капельку воды и увидел тысячи мельчайших существ, названных им латинским словом animalculus («маленькие звери»). За свою жизнь Левенгук успел описать более двухсот видов «зверушек», а изучая тонкие срезы мяса, фруктов и овощей, он открыл клеточную структуру живой ткани. За заслуги перед наукой Левенгук в 1680 году был избран действительным членом Королевского общества, а чуть позже стал академиком и Французской Академии наук.
Микроскопы Левенгука, которых за свою жизнь он собственноручно изготовил более трех сотен, представляли собой небольшую, величиной с горошину, сферическую линзу, вставленную в оправу. Микроскопы имели предметный столик, положение которого относительно линзы можно было настраивать с помощью винта, а вот подставки или штатива у этих оптических приборов не было – их нужно было держать в руках. С точки зрения сегодняшней оптики, прибор, который называется «микроскопом Левенгука», является не микроскопом, а очень сильной лупой, поскольку его оптическая часть состоит только из одной линзы.
С течением времени устройство микроскопа заметно эволюционировало, появились микроскопы нового типа, были усовершенствованы методы исследования. Однако работа с любительским микроскопом и по сей день сулит немало интересных открытий и взрослым, и детям.
Устройство микроскопа
Микроскоп – это оптический прибор, предназначенный для исследования увеличенных изображений микрообъектов, которые невидны невооруженным глазом.
Основными частями светового микроскопа (рис. 1) являются объектив и окуляр, заключенные в цилиндрический корпус – тубус. Большинство моделей, предназначенных для биологических исследований, имеют в комплекте три объектива с разными фокусными расстояниями и поворотный механизм, предназначенный для их быстрой смены – турель, часто называемую револьверной головкой. Тубус располагается на верхней части массивного штатива, включающего тубусодержатель. Чуть ниже объектива (или турели с несколькими объективами) находится предметный столик, на который устанавливаются предметные стекла с исследуемыми образцами. Резкость регулируется с помощью винта грубой и точной настройки, который позволяет изменять положение предметного столика относительно объектива.
Для того чтобы исследуемый образец имел достаточную для комфортного наблюдения яркость, микроскопы снабжаются еще двумя оптическими блоками (рис. 2) – осветителем и конденсором. Осветитель создает поток света, освещающий исследуемый препарат. В классических световых микроскопах конструкция осветителя (встроенного или внешнего) предполагает низковольтную лампу с толстой нитью накала, собирающую линзу и диафрагму, изменяющую диаметр светового пятна на образце. Конденсор, представляющий собой собирающую линзу, предназначен для фокусировки лучей осветителя на образце. Конденсор также имеет ирисовую диафрагму (полевую и апертурную), с помощью которой регулируется интенсивность освещения.
При работе с пропускающими свет объектами (жидкостями, тонкими срезами растений и т. п.), их освещают проходящим светом – осветитель и конденсор располагаются под предметным столиком. Непрозрачные же образцы нужно освещать спереди. Для этого осветитель располагают над предметным столиком, и его лучи с помощью полупрозрачного зеркала направляются на объект через объектив.
Осветитель может быть пассивным, активным (лампа) или состоять из обоих элементов. Самые простые микроскопы не имеют ламп для подсветки образцов. Под столиком у них располагается двустороннее зеркало, у которого одна сторона плоская, а другая – вогнутая. При дневном освещении, если микроскоп стоит у окна, получить довольно неплохое освещение можно при помощи вогнутого зеркала. Если же микроскоп находится в темном помещении, для подсветки используются плоское зеркало и внешний осветитель.
Увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива и окуляра. При увеличении окуляра равном 10 и увеличении объектива равном 40 общий коэффициент увеличения равен 400. Обычно в комплект исследовательского микроскопа входят объективы с увеличением от 4 до 100. Типичный комплект объективов микроскопа для любительских и учебных исследований (х 4, х10 и х 40), обеспечивает увеличение от 40 до 400.
Разрешающая способность – другая важнейшая характеристика микроскопа, определяющая его качество и четкость формируемого им изображения. Чем больше разрешающая способность, тем больше мелких деталей можно рассмотреть при сильном увеличении. В связи с разрешающей способностью говорят о «полезном» и «бесполезном» увеличении. «Полезным» называется предельное увеличение, при котором обеспечивается максимальная деталировка изображения. Дальнейшее увеличение («бесполезное») не поддерживается разрешающей способностью микроскопа и не выявляет новых деталей, зато может негативно повлиять на четкость и контраст изображения. Таким образом, предел полезного увеличения светового микроскопа ограничивается не общим коэффициентом увеличения объектива и окуляра - его при желании можно сделать сколь угодно большим, - а качеством оптических компонентов микроскопа, то есть, разрешающей способностью.
Микроскоп включает в себя три основные функциональные части:
1. Осветительная часть
Предназначена для создания светового
потока, который позволяет осветить
объект таким образом, чтобы последующие
части микроскопа предельно точно
выполняли свои функции. Осветительная
часть микроскопа проходящего света
расположена за объектом под объективом
в прямых микроскопах и перед объектом
над объективом в инвертированных.
Осветительная часть включает источник
света (лампа и электрический блок
питания) и оптико-механическую систему
(коллектор, конденсор, полевая и апертурная
регулируемые/ирисовые диафрагмы).
2.
Воспроизводящая часть
Предназначена
для воспроизведения объекта в плоскости
изображения с требуемым для исследования
качеством изображения и увеличения
(т.е. для построения такого изображения,
которое как можно точнее и во всех
деталях воспроизводило бы объект с
соответствующим оптике микроскопа
разрешением, увеличением, контрастом
и цветопередачей).
Воспроизводящая
часть обеспечивает первую ступень
увеличения и расположена после объекта
до плоскости изображения микроскопа.
Воспроизводящая часть включает объектив
и промежуточную оптическую систему.
Современные микроскопы последнего
поколения базируются на оптических
системах объективов, скорректированных
на бесконечность.
Это требует
дополнительно применения так называемых
тубусных систем, которые параллельные
пучки света, выходящие из объектива,
«собирают» в плоскости изображения
микроскопа.
3. Визуализирующая часть
Предназначена для получения реального
изображения объекта на сетчатке глаза,
фотопленке или пластинке, на экране
телевизионного или компьютерного
монитора с дополнительным увеличением
(вторая ступень увеличения).
Визуализирующая
часть расположена между плоскостью
изображения объектива и глазами
наблюдателя (камерой, фотокамерой).
Визуализирующая часть включает
монокулярную, бинокулярную или
тринокулярную визуальную насадку с
наблюдательной системой (окулярами,
которые работают как лупа).
Кроме
того, к этой части относятся системы
дополнительного увеличения (системы
оптовара/смены увеличения); проекционные
насадки, в том числе дискуссионные для
двух и более наблюдателей; рисовальные
аппараты; системы анализа и документирования
изображения с соответствующими
согласующими элементами (фотоканал).
Основные методы работы с микроскопом
Метод светлого поля в проходящем свете. Подходит для изучения прозрачных объектов с неоднородными включениями (тонкие срезы растительных и животных тканей, простейшие микроорганизмы в жидкостях, тонкие полированные пластинки некоторых минералов). Осветитель и конденсор располагаются ниже предметного столика. Изображение формирует свет, проходящий через прозрачную среду и поглощаемый более плотными включениями. Для повышения контраста изображения часто используются красители, концентрация которых тем больше, чем больше плотность участка образца.
Метод светлого поля в отраженном свете. Используется для изучения непрозрачных объектов (металлов, руд, минералов), а также объектов, из которых невозможно или нежелательно брать образцы для приготовления полупрозрачных микропрепаратов (ювелирных изделий, произведений искусства и пр.) Освещение поступает сверху, обычно через объектив, который в данном случае играет также роль конденсора.
Метод косого освещения и метод темного поля.Методы для исследования образцов с очень низким контрастом, например, практически прозрачных живых клеток. Проходящий свет подают на образец не снизу, а немного сбоку, благодаря чему становятся заметны тени, которые образуют плотные включения (метод косого освещения). Сместив конденсор таким образом, что его прямой свет вообще не будет попадать на объектив (образец при этом освещается только косыми лучами на просвет), в окуляре микроскопа можно наблюдать белый объект на черном фоне (метод темного поля). Оба метода подходят только для микроскопов, конструкция которых допускает перемещение конденсора относительно оптической оси микроскопа.
Виды современных микроскопов
Помимо световых микроскопов, существуют также электронные и атомные, которые в основном используются для научных исследований. Обычный просвечивающий электронный микроскоп похож на световой, за тем исключением, что объект облучается не световым потоком, а пучком электронов, генерируемым специальным электронным прожектором. Полученное изображение проецируется на люминесцентный экран с помощью системы линз. Увеличение просвечивающего электронного микроскопа может достигать миллиона, однако, для атомно-силовых микроскопов и это не предел. Именно атомным микроскопам, способным вести исследования на молекулярном и даже атомном уровне, мы обязаны многим последним достижениям в областях генной инженерии, медицины, физики твердого тела, биологии и других наук.
Световые микроскопы тоже бывают разными и могут классифицироваться по нескольким признакам, например, количеству оптических блоков (монокулярные/бинокулярные или стерео) или типу освещения (поляризационные и люминесцентные, интерференционные и фазо-контрастные). Для любительской практики подойдет простой монокулярный световой микроскоп с максимальным увеличением 400х. Более сложные аппараты отличаются друг от друга конструкцией осветителя и конденсора, являются специальными и используются в узких областях науки. В особый вид выделяются стереомикроскопы, которые необходимы при проведении микрохирургических операций и производстве микроэлектронных компонентов, а также незаменимы в генной инженерии.
|
Изготовлением
оптических приборов И. П. Кулибин
занимался еще в Нижнем Новгороде до
отъезда в 1769 г. в Петербург. Там он в
1764-1766 гг. самостоятельно сконструировал
зеркальный телескоп системы Грегори,
микроскоп и электрическую машину по
образцам английских инструментов,
привезенным в Нижний Новгород купцом
Извольским. Сам Кулибин так писал об
этой работе: "Потом стал искать
разными опытами, как полировать стекла
зрительных труб, которым сделал
особливую махину и чрез то сыскал
оным полировку. По сем изобретении
сделал две трубки зрительные длиною
по три аршина, да один посредственный,
собранный из пяти стекол, микроскоп...
По случаю получил я для рассмотрения
телескоп с метальными зеркалами
аглийския работы, который разобрав,
как в стеклах, так и в зеркалах стал
искать к солнцу зажигательные точки
и снимать отдаленную от тех зеркал и
стекол до зажигательных точек.меру,
по которым бы можно было познать,
каковые и вогнустию и выпуслостию
для стекол и зеркал потребно будет
сделать медные формы для точения на
песке зеркал и стекол оных и со всего
того телескопа сделал рисунок... Потом
стал делать опыты, как бы против того
составить и металл в пропорцию; а
когда твердостию и белостию стал у
меня выходить на оных сходственен,
то из того по образцу налил я зеркал,
стал их точить на песке на реченных
и уже сделанных выпуклистых формах,
и над теми точеными зеркалами начал
делать опыты, каким бы мне способом
найти, им такую ж чистую полировку, в
чем и продолжалось немалое время.
Наконец выпробовал одно зеркало в
полировке на медной форме, натирая
оную со жженым оловом и деревянным
маслом. И так с тем опытом из многих
сделанных зеркал вышло одно большое
зеркало и другое противное малое в
пропорцию..." . |
Станок
для шлифовки и полировки оптических
линз. |
В
"Мнении о криволинейных зеркалах"
Кулибин приводит сравнение
относительной сложности обработки
сферических и асферических зеркал.
Он подробно рассматривает процесс
изготовления вогнутого зеркала
начиная от заготовки диска до полировки
включительно. Рецептура сплавов для
изготовления металлических зеркал,
способы варки и рецептура флинтового
стекла привлекали внимание Кули-бина.
В своей работе изобретатель опирается
на опыт и традиции, накопленные
сотрудниками старейшей академической
мастерской (оптическая мастерская
была основана в 1726 г.), где со времени
Ломоносова было налажено производство
многих оптических инструментов и где
работали опытнейшие и искуснейшие
оптики-механики, например семья
Беляевых. Литература
|
