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.
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).
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.
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
|
Глаз человека устроен так, что не может разглядеть предмет, размеры которого не превышают 0,1 мм. В природе же существуют объекты, чьи размеры намного меньше. Это микроорганизмы, клетки живых тканей, элементы структуры веществ и многое другое.
Еще в античные времена для улучшения зрения применялись шлифованные природные кристаллы. С развитием стеклоделия стали изготовлять стеклянные чечевицы – линзы. Р. Бекон в XIII в. советовал людям со слабым зрением класть на предметы выпуклые стекла для того, чтобы их лучше рассмотреть. В это же время в Италии появились очки, состоявшие из двух соединенных линз.
В XVI в. мастера в Италии и Нидерландах, изготовлявшие очковые стекла, знали о свойстве системы из двух линз давать увеличенное изображение. Одно из первых таких устройств изготовил в 1590 г. голландец 3. Янсен.
Несмотря на то что увеличительная способность сферических поверхностей и линз была известна еще в XIII в., до начала XVII в. никто из естествоиспытателей даже не пытался применить их для наблюдения мельчайших предметов, недоступных невооруженному человеческому глазу.
Слово «микроскоп», произошедшее от двух греческих слов – «маленький» и «смотрю», ввел в научный обиход член академии «Dei Lyncei» (рысеглазых) Десмикиан в начале XVII века.
В 1609 г. Галилео Галилей, изучая сконструированную им зрительную трубу, использовал ее и в качестве микроскопа. Для этого он изменял расстояние между объективом и окуляром. Галилей первым пришел к выводу, что качество изготовления линз для очков и для зрительных труб должно быть различным. Он создал микроскоп, подбирая такое расстояние между линзами, при котором увеличивались не удаленные, а близко расположенные предметы. В 1614 г. Галилей рассматривал при помощи микроскопа насекомых.
Ученик Галилея Э. Торричелли перенял у своего учителя искусство шлифовки линз. Кроме изготовления зрительных труб Торричелли конструировал простые микроскопы, состоявшие из одной крошечной линзы, которую он получал из одной капли стекла, расплавляя над огнем стеклянную палочку.
В XVII в. были популярны простейшие микроскопы, состоявшие из лупы – двояковыпуклой линзы, закрепленной на подставке. На подставке укреплялся и предметный столик, на котором размещался рассматриваемый объект. Внизу под столиком находилось зеркало плоской или выпуклой формы, которое отражало солнечные лучи на предмет и подсвечивало его снизу. Для улучшения изображения лупа перемещалась относительно предметного столика при помощи винта.
В 1665 г. англичанин Р. Гук при помощи микроскопа, в котором использовались маленькие стеклянные шарики, открыл клеточное строение животных и растительных тканей.
Современник Гука голландец А. ван Левенгук изготовлял микроскопы, состоявшие из небольших двояковыпуклых линз. Они давали 150–300?кратное увеличение. При помощи своих микроскопов Левенгук исследовал строение живых организмов. В частности, он открыл движение крови в кровеносных сосудах и красные кровяные тельца, сперматозоиды, описал строение мышц, чешуйки кожи и многое другое.
Левенгук открыл новый мир – мир микроорганизмов. Он описал множество видов инфузорий и бактерий.
Много открытий в области микроскопической анатомии сделал голландский биолог Я. Сваммердам. Наиболее подробно он исследовал анатомию насекомых. В 30?е гг. XVIII в. он выпустил богато иллюстрированный труд под названием «Библия природы».
Методы расчета оптических узлов микроскопа разработал швейцарец Л. Эйлер, работавший в России.
Наиболее распространенная схема микроскопа следующая: исследуемый предмет помещается на предметном столике. Над ним располагается устройство, в котором смонтированы линзы объектива и тубус – трубка с окуляром. Наблюдаемый предмет освещается с помощью лампы или солнечного света, наклонного зеркала и линзы. Диафрагмы, установленные между источником света и предметом, ограничивают световой поток и уменьшают в нем долю рассеянного света. Между диафрагмами установлено зеркало, изменяющее направление светового потока на 90°. Конденсор концентрирует на предмете пучок света. Объектив собирает лучи, рассеянные предметом и образует увеличенное изображение предмета, рассматриваемое при помощи окуляра. Окуляр работает как лупа, давая дополнительное увеличение. Пределы увеличения микроскопа от 44 до 1500 раз.
В 1827 г. Дж. Амичи применил в микроскопе иммерсионный объектив. В нем пространство между предметом и объективом заполнено иммерсионной жидкостью. В качестве такой жидкости применяются различные масла (кедровое или минеральное), вода или водный раствор глицерина и др. Такие объективы позволяют увеличить разрешающую способность микроскопа, улучшить контрастность изображения.
В 1850 г. английский оптик Г. Сорби создал первый микроскоп для наблюдения объектов в поляризованном свете. Такие аппараты применяются для изучения кристаллов, образцов металлов, животных и растительных тканей.
Начало интерференционной микроскопии было положено в 1893 г. англичанином Дж. Сирксом. Ее суть в том, что каждый луч, входя в микроскоп, раздваивается. Один из полученных лучей направляется на наблюдаемую частицу, второй – мимо нее. В окулярной части оба луча вновь соединяются, и между ними возникает интерференция. Интерференционная микроскопия позволяет изучать живые ткани и клетки.
В XX в. появились различные виды микроскопов, имеющие разное назначение, конструкцию, позволяющие изучать объекты в широких диапазонах спектра.
Так, в инвертированных микроскопах объектив располагается под наблюдаемым объектом, а конденсор – сверху. Направление хода лучей изменяется при помощи системы зеркал, и в глаз наблюдателя они попадают, как обычно – снизу вверх. Эти микроскопы предназначены для изучения громоздких предметов, которые трудно расположить на предметных столиках обычных микроскопов. С их помощью исследуют культуры тканей, химические реакции, определяют точки плавления материалов. Наиболее широко такие микроскопы применяются в металлографии для наблюдения за поверхностями металлов, сплавов и минералов. Инвертированные микроскопы могут оснащаться специальными устройствами для микрофотографирования и микрокиносъемки.
На люминесцентных микроскопах устанавливаются сменные светофильтры, позволяющие выделить в излучении осветителя ту часть спектра, которая вызывает люминесценцию исследуемого объекта. Специальные фильтры пропускают от объекта только свет люминесценции. Источниками света в таких микроскопах служат ртутные лампы сверхвысокого давления, излучающие ультрафиолетовые лучи и лучи коротковолнового диапазона видимого спектра.
Ультрафиолетовые и инфракрасные микроскопы служат для исследования областей спектра, недоступного человеческому глазу. Оптические схемы аналогичны схемам обычных микроскопов. Линзы этих микроскопов изготовлены из материалов, прозрачных для ультрафиолетовых (кварц, флюорит) и инфракрасных (кремний, германий) лучей. Они снабжены фотокамерами, фиксирующими невидимое изображение и электронно?оптическими преобразователями, превращающими невидимое изображение в видимое.
Стереомикроскоп обеспечивает объемное изображение объекта. Это собственно два микроскопа, выполненные в единой конструкции таким образом, что правый и левый глаза наблюдают объект под разными углами. Они нашли применение в микрохирургии и сборке миниатюрных устройств.
Микроскопы сравнения представляют собой два обычных объединенных микроскопа с единой окулярной системой. В такие микроскопы можно наблюдать сразу два объекта, сравнивая их визуальные характеристики.
В телевизионных микроскопах изображение препарата преобразуется в электрические сигналы, воспроизводящие это изображение на экране электронно?лучевой трубки. В этих микроскопах можно изменять яркость и контраст изображения. С их помощью можно изучать на безопасном расстоянии объекты, опасные для рассмотрения с близкого расстояния, например радиоактивные вещества.
Лучшие оптические микроскопы позволяют увеличить наблюдаемые объекты примерно в 2000 раз. Дальнейшее увеличение невозможно, поскольку свет огибает освещаемый объект, и если его размеры меньше, чем длина волны, такой объект становится невидимым. Минимальный размер предмета, который можно разглядеть в оптический микроскоп – 0,2–0,3 микрометра.
В 1834 г. У. Гамильтон установил, что существует аналогия между прохождением световых лучей в оптически неоднородных средах и траекториями частиц в силовых полях. Возможность создания электронного микроскопа появилась в 1924 г. после того, как Л. Де Бройль выдвинул гипотезу, что всем без исключения видам материи – электронам, протонам, атомам и др. присущ корпускулярно?волновой дуализм, то есть они обладают свойствами как частицы, так и волны. Технические предпосылки для создания такого микроскопа появились благодаря исследованиям немецкого физика X. Буша. Он исследовал фокусирующие свойства осесимметричных полей и в 1928 г. разработал магнитную электронную линзу.
В 1928 г. М. Кнолль и М. Руска приступили к созданию первого магнитного просвечивающего микроскопа. Три года спустя они получили изображение объекта, сформированного при помощи пучков электронов. В 1938 г. М. фон Арденне в Германии и в 1942 г. В. К. Зворыкин в США построили первые растровые электронные микроскопы, работающие по принципу сканирования. В них тонкий электронный пучок (зонд) последовательно перемещался по объекту от точки к точке.
В электронном микроскопе, в отличие от оптического, вместо световых лучей используются электроны, а вместо стеклянных линз – электромагнитные катушки или электронные линзы. Источником электронов для освещения объекта является электронная «пушка». В ней источником электронов является металлический катод. Затем электроны собираются в пучок с помощью фокусирующего электрода и под действием сильного электрического поля, действующего между катодом и анодом, набирают энергию. Для создания поля к электродам прикладывается напряжение до 100 киловольт и более. Напряжение регулируется ступенеобразно и отличается большой стабильностью – за 1–3 минуты оно изменяется не более чем на 1–2 миллионные доли от исходного значения.
Выходя из электронной «пушки», пучок электронов с помощью конденсорной линзы направляется на объект, рассеивается на нем и фокусируется объектной линзой, которая создает промежуточное изображение объекта. Проекционная линза вновь собирает электроны и создает второе, еще более увеличенное изображение на люминесцентном экране. На нем под действием ударяющихся в него электронов возникает светящаяся картина объекта. Если поместить под экраном фотопластинку, то можно сфотографировать это изображение.
Отличное определение
Неполное определение ↓
Микроскоп – это устройство, предназначенное для увеличения изображения объектов изучения для просмотра скрытых для невооруженного глаза деталей их структуры. Прибор обеспечивает увеличение в десятки или тысячи раз, что позволяет проводить исследования, которые невозможно получить используя любое другое оборудование или приспособление.
Микроскопы широко применяются в медицине и лабораторных исследованиях. С их помощью проводится инициализация опасных микроорганизмов и вирусов с целью определения метода лечения. Микроскоп является незаменимым и постоянно совершенствуется. Впервые подобие микроскопа было создано в 1538 году итальянским врачом Джироламо Фракасторо, который решил установить последовательно две оптические линзы, подобные тем, что используются в очках, биноклях, подзорных трубах и лупах. Над усовершенствованием микроскопа трудился Галилео Галилей, а также десятки всемирно известных ученых.
Существует много разновидностей микроскопов, которые отличаются между собой по устройству. Большинство моделей объединяет похожая конструкция, но с небольшими техническими особенностями.
Объектив представляет собой сложную оптическую систему, которая состоит из идущих друг за другом стеклянных линз. Объективы сделаны в виде трубок, внутри которых могут быть закреплены до 14 линз. Каждая из них увеличивает изображение, снимая его с поверхности впереди стоящей линзы. Таким образом, если одна увеличит предмет в 2 раза, следующая сделает увеличение данной проекции еще больше и так до тех пор, пока предмет не отобразится на поверхности последний линзы.
Каждая линза имеет свое расстояние для фокусировки. В связи с этим они намертво закреплены в тубусе. Если любая из них будет передвинута ближе или дальше, получить отчетливое увеличение изображения не удастся. В зависимости от особенностей линзы, длина тубуса, в котором заключен объектив, может отличаться. Фактически, чем он выше, тем более увеличенным будет изображение.
Окуляр микроскопа также состоит из линз. Он предназначен для того чтобы оператор, который работает с микроскопом, мог приложить к нему глаз и увидеть увеличенное изображение на объективе. В окуляре имеются две линзы. Первая располагается ближе к глазу и называется глазной, а вторая полевой. С помощью последней осуществляется регулировка увеличенного объективом изображения для его правильной проекции на сетчатку глаза человека. Это необходимо для того, чтобы путем регулировки убрать дефекты восприятия зрения, поскольку у каждого человека фокусировка осуществляется на разном расстоянии. Полевая линза позволяет подстроить микроскоп под данную особенность.
Чтобы рассмотреть изучаемый предмет необходимо его осветить, поскольку объектив закрывает естественный свет. В результате смотря в окуляр всегда можно видеть только черное или серое изображение. Специально для этого была разработана осветительная система. Она может быть выполнена в виде лампы, светодиода или другого источника света. У самых простых моделей осуществляется прием световых лучей из внешнего источника. Они направляются на предмет изучения с помощью зеркал.
Последней важной и самой простой в изготовлении деталью микроскопа является предметный столик. На него направлен объектив, поскольку именно на нем закрепляется предмет для изучения. Столик имеет плоскую поверхность, что позволяет фиксировать объект без опаски, что он сдвинется. Даже минимальное передвижение объекта исследований под увеличением будет огромным, поэтому найти изначальную точку, которая исследовалась, заново будет непросто.
За огромную историю существования данного прибора, было разработано несколько значительно отличающихся между собой по принципу действия микроскопов.
Оптический микроскоп является самым бюджетным и простым устройством. Данное оборудование позволяет провести увеличение изображения в 2000 раз. Это довольно большой показатель, который позволяет изучать строение клеток, поверхность ткани, находить дефекты на искусственно созданных предметах и пр. Стоит отметить, что для достижения столь большого увеличения устройство должно быть очень качественно выполненным, поэтому стоит дорого. Подавляющее большинство оптических микроскопов сделано значительно проще и имеют сравнительно небольшое увеличение. Учебные типы микроскопов представлены именно оптическими. Это обусловлено их меньшей стоимостью, а также не слишком большой кратностью увеличения.
Обычно оптический микроскоп имеет несколько объективов, которые закрепляются на стойке подвижными. Каждый из них имеет свою степень увеличения. Рассматривая предмет можно передвинуть объектив в рабочее положение и изучить его под определенной кратностью. При желании еще больше приблизить изображение, нужно просто перейти на еще более увеличивающий объектив. Данные устройства не имеют сверхточной регулировки. К примеру, если необходимо лишь немного приблизить изображение, то перейдя на другой объектив, можно его приблизить в десятки раз, что будет чрезмерно и не позволит правильно воспринять увеличенную картинку и избежать ненужных деталей.
Электронный является более совершенной конструкцией. Он обеспечивает увеличение изображения как минимум в 20000 раз. Максимальное увеличение подобного прибора возможно в 10 6 раз. Особенность этого оборудования заключается в том, что вместо луча света как у оптических, у них направляется пучок электронов. Получение изображения осуществляется благодаря применению специальных магнитных линз, которые реагируют на движение электронов в колоне прибора. Регулировка направленности пучка осуществляется с помощью . Данные устройства появились в 1931 году. В начале 2000-х годов начали совмещать компьютерное оборудование и электронные микроскопы, что значительно повысило кратность увеличения, диапазон настройки и позволило запечатлеть получаемое изображение.
Электронные устройства при всех своих достоинствах имеют большую цену, и требуют особенных условий для работы. Чтобы получать качественное четкое изображение необходимо, чтобы предмет изучения находился в вакууме. Это связано с тем, что молекулы воздуха рассеивают электроны, что нарушает четкость изображения и не позволяет проводить точную регулировку. В связи с этим данное оборудование применяют в лабораторных условиях. Также важным требованием для использования электронных микроскопов является отсутствие внешних магнитных полей. В связи с этим лаборатории, в которых их используют, имеют очень толстые изолированные стены или находятся в подземных бункерах.
Подобное оборудование используется в медицине, биологии, а также в различных отраслях промышленности.
Сканирующий зондовый микроскоп позволяет получать изображение с объекта путем его исследования с помощью специального зонда. В результате получается трехмерное изображение, с точными данными характеристики объектов. Данное оборудование имеет высокое разрешение. Это сравнительно новое оборудование, которое создали несколько десятков лет назад. Вместо объектива у данных приборов имеется зонд и система его перемещения. Получаемое из него изображение регистрируется сложной системой и записывается, после чего создается топографическая картина увеличенных объектов. Зонд оснащается чувствительными сенсорами, которые реагируют на движение электронов. Также встречаются зонды, которые работают по оптическому типу путем увеличения благодаря установке линз.
Часто зонды применяют для получения данных о поверхности предметов со сложным рельефом. Зачастую их опускают в трубу, отверстия, а также мелкие тоннели. Единственным условием является соответствие диаметра зонда диаметру объекта изучения.
Для данного метода характерна значительная погрешность измерения, поскольку получаемая в результате 3D картина сложно поддается расшифровке. Присутствует много деталей, которые искажаются компьютером при обработке. Первоначальные данные обрабатываются математическим способом с помощью специализированного программного обеспечения.
Рентгеновский микроскоп относится к лабораторному оборудованию, применяемому для изучения объектов, размеры которых сопоставимы с длиной рентгеновской волны. Эффективность увеличения данного устройства находится между оптическими и электронными приборами. На изучаемый объект отправляются рентгеновские лучи, после чего чувствительные датчики реагируют на их преломление. В результате создается картинка поверхности изучаемого объекта. Благодаря тому, что рентгеновские лучи могут проходить сквозь поверхность предмета, подобное оборудование позволяет не только получить данные о структуре объекта, но и его химическом составе.
Рентгеновское оборудование обычно используется для оценки качества тонких покрытий. Его используют в биологии и ботанике, а также для анализа порошковых смесей и металлов.
Исследовательская работа на тему: «Что такое микроскоп? » АВТОР ПРОЕКТА: УЧЕНИЦА 2 -Б КЛАССА ХАМИДУЛЛИНА ЭЛЬВИНА РУКОВОДИТЕЛЬ: НИЗАМОВА ЭЛИНА ЗИНАРОВНА УЧИТЕЛЬ НАЧАЛЬНЫХ КЛАССОВ
Цели и задачи моего исследования Цель: Исследовать возможности микроскопа для объектов живой и неживой природы. Создать свой микроскоп. Задачи: 1. Узнать историю создания микроскопа. 2. Узнать, из чего состоят микроскопы, и какими могут они быть. 3. Провести опыты с элементами исследования
Актуальность проекта Разве кого-то из школьников не интересует устройство всего живого на Земле? Мы постоянно задаем сложнейшие вопросы папам, мамам и учителям в школе.
2. 1. История создания микроскопа. Микроскоп (от греч. - малый и смотрю) - оптический прибор для получения увеличенных изображений объектов, невидимых невооружённым глазом.
Учитель биологии Светлана Сергеевна очень интересно рассказывала ребятам, что такое микроскоп и что можно увидеть посмотрев в него.
2. 4. 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 решила попробовать провести эксперимент по созданию такого микроскопа
Создание микроскопа 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.
Заключение Исследуя разные объекты под микроскопом, человек познает природу самой жизни. Выполняя этот проект мы узнали историю создания первого микроскопа, и какие теперь использует человек в современной жизни. Ответы на эти вопросы мы нашли в энциклопедиях школьной библиотеки, а также на сайтах интернета.
Татьяна Осипова
Познавательно-исследовательский проект «Микроскоп»
Познавательно – исследовательский проект «Микроскоп »
Тип проекта : краткосрочный исследовательский
Продолжительность : 4 недели
Участники : воспитатель и воспитанники средней группы «Цветочки» .
Цель :
Исследовать возможности микроскопа для объектов живой и неживой природы
Задачи :
1. Узнать историю создания микроскопа .
2. Узнать, из чего состоят микроскопы , и какими могут они быть.
3. Провести опыты с элементами исследования.
Актуальность проекта
Среди дошкольников отыскать тех, кого не интересует устройство всего живого на Земле, очень не просто. Ежедневно дети задают десятки сложнейших вопросов своим мамам и папам. Любознательных малышей интересует определенно все : из чего состоят животные и растения, чем жжется крапива, почему одни листочки гладкие, а другие – пушистые, как стрекочет кузнечик, отчего помидор красный, а огурец – зеленый. И именно микроскоп даст возможность найти ответы на многие детские "почему". Куда интереснее не просто послушать мамин рассказ о каких-то там клетках, а посмотреть на эти клетки собственными глазами. Трудно даже представить, насколько захватывающие картинки можно увидеть в окуляр микроскопа , какие удивительные открытия сделает ваш маленький естествоиспытатель.
Занятия с микроскопом помогут малышу расширить знания об окружающем мире, создадут необходимые условия для познавательной деятельности , экспериментирования, систематического наблюдения за всевозможными живыми и не живыми объектами. У малыша будет развиваться любознательность, интерес к происходящим вокруг него явлениям. Он будет ставить вопросы и самостоятельно искать на них ответы. Маленький исследователь сможет совсем иначе взглянуть на самые простые вещи, увидеть их красоту и уникальность. Все это станет крепкой основой для дальнейшего развития и обучения.
Проект призван на примере микроскопа показать детям возможности использования приборов для изучения объектов и явлений окружающего мира, расширять кругозор, вовлекать их в экспериментальную и проектную деятельность с использованием микроскопа .
Механизм реализации проекта
Осуществление проекта проводилось через подбор материала, проведение опытов.
Ожидаемые результаты
Повышение уровня экологического образования дошкольников.
Появление желания экспериментировать с использованием микроскопа .
Получить практические знания по использованию микроскопа .
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 . 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.
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.
Виды микроскопов .
Существует множество различных видов увеличительных приборов. Например, лупы, телескопы, бинокли, микроскопы . Какие же бывают микроскопы ?
Существует 3 вида микроскопов .
1. Оптический микроскоп , который был изобретен еще в 16 веке. Он состоит из 2-х линз, одна из которых предназначена для глаза, другая для объекта, который ты хочешь рассмотреть.
2. Электронный микроскоп был изобретен в начале 20 века. Наблюдаемый объект сканируется электронным лазером, который анализирует частицы при помощи компьютера, который воссоздает трехмерное изображение наблюдаемого объекта.
3. Сканирующий туннельный микроскоп и атомно-силовой микроскоп изобретены позднее , с их помощью можно увидеть бесконечно малые частицы.
Профессии, в которых используется микроскоп .
Химики используют микроскоп для изучения молекул. Видя то, что не видно вооруженным взглядом, они могут смешивать молекулы и создавать новые материалы, называемые пластмассами.
Врачи и биологи используют микроскоп , чтобы понять функционирование живых организмов. При помощи микроскопа , врачи изучают различные заболевания и создают лекарства, а также проводят хирургические операции, которые требуют особой точности.
Инженер-агроном изучает молекулы пищи. Это помогает создавать новые продукты из уже существующих видов пищи. Микроскоп используется и для контроля качества пищи, что может предотвратить множество болезней.
Криминалисты расследуют преступления научными методами. Они используют микроскоп для изучения улик , оставленных на месте преступления. Микроскоп помогает собирать и изучать отпечатки пальцев.
Микроскоп
В лаборатории нашего детского сада мы будем работать с оптическим микроскопом , который работает на батарейках. Основная задача этого микроскопа - показать объект в увеличенном виде.
Я познакомила детей с этим микроскопом , рассказала из чего он состоит, как работает.
Дети узнали какие предметы входят в его набор это :
Прозрачные пластины, с их помощью можно сохранять образцы, которые были изучены ранее;
Пинцет и палочка для размешивания;
Игла, скальпель и микрорезка ;
Чашка Петри.
Прежде чем проводить исследования, дети узнали правила работы с микроскопом :
1. Поставь микроскоп на ровную поверхность.
2. Проверь подсветку. Установи образец на подставку и зажми пластину, крути регулятор для получения 150-ти кратного увеличения.
3. Посмотри в окуляр. С помощью регулятора фокусировки придвинь объектив как можно ближе к платине, не касаясь ее. Затем крути регулятор в обратном направлении до тех пор, пока изображение не станет четким.
4. С помощью светофильтров можно изменять цвета рассматриваемых объектов.
5. Если изображение слишком темное, можно настроить яркость подсветки.
6. Выбрать объект для исследования и навести фокус.
Эксперименты с микроскопом .
Под микроскопом можно рассмотреть буквально все это интересно и познавательно .
1. Состав растений
Все, начиная от семян, заканчивая листьями деревьев и прочих растений, живое. Эти предметы состоят из тысячи крошечных клеток, которые помогают растениям расти, развиваться и размножаться. Вот они-то и видны в микроскоп , будто маленькие кирпичики. А почему их назвали клетками? Это имя придумал английский ботаник Р. Гук. Рассматривая под микроскопом срез пробки , он заметил, что она состоит "из множества коробочек". А еще он называл эти "коробочки" камерами и. клетками.
Микроскоп поможет узнать о том, что все живое состоит из клеток. Под микроскопом можно увидеть не только клетку, но и рассмотреть ее строение.
Опыт 1. Листочек.
Листья – это нос дерева. У них есть 2 основные функции : поглощение солнечных лучей, углекислого газа и кислорода. Возьмем хороший зеленый листик клена. Отрежем от него небольшой кусочек. Поместим этот кусочек на пластину, закрепим ее на подставке, будем использовать прямое освещение.
Лист имеет простую структуру. Он состоит из черенка, который отходит от ствола дерева или веточки. Жилки являются скелетом растения. Листовая платина – основная ткань листа. С каждой стороны листа находятся клетки 2 типов, которые отвечают за обе функции. Снаружи есть хлоропласты, которые отвечают за захват солнечного света. На внутренней стороне есть устьица, которые поглощают углекислый газ днем, а кислород ночью.
Почему листья зеленые? Хлорофилл – это зеленый пигмент листочка. Это что-то вроде «крови» листа. Осенью лист покраснеет или пожелтеет, так как содержание хлорофилла уменьшится.
2. Люди и животные
У человека множество сходства с животными. Они состоят из одинаковых клеток. Эти клетки позволяют им жить, думать, двигаться и размножаться. Проведем опыт, который откроет удивительный мир животных клеток.
Опыт 2. Клетки во рту
Слюна состоит из множества животных клеток. Что удивительно, они почти ничем не отличаются от растительных клеток!
Чистым ватным тампоном соберем немного слюны с внутренней стороны щеки. Поместим небольшое количество полученного образца на пластину, распространим по ней, накроем другой прозрачной пластиной и дадим подсохнуть в течении нескольких минут. Наблюдение будем проводить с увеличением в 400 раз и при использовании отраженного света.
Слюна дает возможность легко наблюдать за животными клетками. Большинство клеток в данном образце погибли, но сохранили свою структуру, похожую на структуру растительных клеток – ядро, являющееся жизненным центром, которое погружено в цитоплазму. Внутри цитоплазмы есть питательные вещества, которые позволяют клетке жить, но, к сожалению, не видны в микроскоп . Мембрана защищает клетку. Отличительной чертой от растительных клеток является то, что животные клетки не имеют регулярной формы и могут быть разных размеров.
Какие еще клетки обитают в твоем теле? Твое тело состоит из определенного набора клеток. Например, эритроциты, клетки крови, не имеющие ядра, а мозг состоит из клеток, которые называют нейронами.
Предметы в твоем доме.
В твоем доме находится масса занимательных предметов. В шкафу, в холодильнике, в гостиной находятся множество предметов, с которыми можно провести эксперименты.
Опыт 3. Сахар в еде.
Все дети обожают сладости, сухие завтраки или шоколадную пасту. Все эти продукты содержат сахар
Понадобится сделать два образца. На первый поместим сахар, на второй шоколадный порошок (какао) . Проводить эксперимент будем при слабом увеличении.
Под микроскопом можно различить в порошке какао частички сахара. Это небольшие прозрачные кусочки на фоне шоколадных гранул. Они составляют почти 65% порошка какао. На самом деле это именно тот сахар, который мы добавляем в чай и кофе. Шоколадный порошок не самый сладкий продукт. Например, в бутылке содовой находится 9 кусков сахара. Кроме того, в одном печенье содержится 1 кусок сахара, а конфеты почти полностью состоят из него. Поэтому, чтобы оставаться здоровыми, не стоит злоупотреблять этими продуктами.
Какие фрукты самые сладкие? На 100г фиников приходится 7 кусков сахара. Затем следует виноград и банан. А вот в землянике наоборот содержится меньше всего сахара.
На этом наши исследования закончились. Мы сделали снимки всех объектов, которые исследовали под микроскопом .
Заключение
Исследуя разные объекты под микроскопом , человек познает природу самой жизни . Выполняя этот проект , мы узнали историю создания первого микроскопа , и какие теперь использует человек в современной жизни.
Научились пользоваться оптическим микроскопом – прибором для получения увеличенных изображений объектов, невидимых невооружённым глазом. Узнали, из чего он состоит и как с ним работать. Провели несколько экспериментов по исследованию увеличенных объектов. Действительно, увлекательное это занятие - рассматривать что-либо в микроскоп .
Выводы :
1. Познакомились с интересной историей изобретения микроскопа .
2. Мы узнали, из чего состоят микроскопы , и какими они бывают.
3. Проделали несколько очень интересных и познавательных опытов .
4. Микроскоп - штука интересная !
