Una grande quantità di scienza ottica è coinvolta nel rispondere alla domanda “come funziona un microscopio?”
Un microscopio semplice ha una lente ed è essenzialmente una lente di ingrandimento con un ingrandimento relativamente alto.
Il microscopio moderno di base che si trova nelle scuole, negli ospedali e nei centri di ricerca è un microscopio composto che ha una serie di lenti per raccogliere e mettere a fuoco la luce trasmessa attraverso il campione.
Anche se più grande e più complicato, le lenti multiple del microscopio composto aumentano l’ingrandimento e la risoluzione riducendo l’aberrazione cromatica.
Microscopi più sofisticati e specializzati, come il microscopio elettronico, usano gli stessi principi scientifici delle loro controparti convenzionali anche se operano in un modo diverso.
Anatomia di un microscopio ottico
Discutere i diversi componenti che costituiscono un microscopio è necessario per spiegare come funziona un microscopio?
Semplicemente, un microscopio è una struttura che contiene le lenti e serve da piattaforma per una visione stabile e da piattaforma per altri componenti periferici che servono a migliorare la qualità dell’immagine.
Le lenti
Le lenti sono l’essenza del microscopio e sono al centro della domanda – come funziona un microscopio?
Un microscopio composto ha due o più lenti. L’oculare o lente oculare si trova in cima al tubo del corpo. Molti microscopi sono binoculari e hanno due lenti oculari.
Inoltre, una testa binoculare avrà un prisma, o nella testa o nel tubo del corpo, per dividere l’immagine e indirizzarla ad entrambi gli oculari. Gli oculari hanno diversi ingrandimenti disponibili, ma di solito meno della potenza delle lenti obiettive.
Le lenti obiettive si trovano nella parte inferiore del tubo del microscopio più vicino al campione; raccolgono e mettono a fuoco la luce trasmessa dal campione.
Di solito tre o quattro obiettivi di forza diversa risiedono in una torretta girevole, e l’ingrandimento può essere cambiato ruotando la torretta per allineare una lente diversa con il corpo del tubo.
La forza di ingrandimento degli obiettivi di solito va da 10X a 100X. Le regolazioni di messa a fuoco fine e grossolana sono realizzate con manopole di messa a fuoco situate sul corpo del microscopio.
Il palco
Il campione si trova direttamente sotto gli obiettivi sul palco del microscopio.
Le clip sul palco tengono il campione in posizione per una visione stabile.
Un palcoscenico meccanico permette un movimento preciso del campione lungo le coordinate X e Y e dei marcatori graduati permettono all’osservatore di notare la posizione delle caratteristiche sul vetrino.
Un foro o apertura nel palcoscenico permette alla luce di illuminare il campione.
La luce
Sotto il palcoscenico, un diaframma, un condensatore e una sorgente luminosa controllano l’emissione e la distribuzione della luce al campione. Nella parte inferiore del treno ottico si trova la fonte di illuminazione.
In un microscopio semplice, la fonte di luce può essere la luce ambientale raccolta e riflessa verso l’alto nell’apertura da un piccolo specchio.
Il tipo di fonte di illuminazione aumenterà in sofisticazione man mano che la complessità di un microscopio aumenta. Lampade alogene al tungsteno, ad arco di mercurio e ad alogenuri metallici, così come l’illuminazione a LED forniscono diversi tipi di luce per soddisfare determinati requisiti di visualizzazione.
Alcuni microscopi hanno un condensatore direttamente sopra la sorgente luminosa. Questo dispositivo è in realtà una lente che raccoglie la luce e la focalizza in un cono diretto al campione. Un diaframma controlla il diametro del fascio di luce prima che passi finalmente nel campione. Diversi tipi di condensatori sono prodotti per esigenze di visualizzazione specializzate.
Come funziona un microscopio? – Ottico
Per essere utile, un microscopio deve compiere tre cose: deve ingrandire l’oggetto che si sta cercando di vedere, risolvere i dettagli dell’oggetto e rendere questi dettagli visibili.
Comprendere queste idee è il primo passo per imparare come funziona un microscopio. Il microscopio ottico o ottico utilizza la luce visibile trasmessa attraverso, rifratta intorno o riflessa da un campione.
Le onde luminose sono caotiche; una fonte di luce incandescente emette onde luminose che viaggiano in percorsi diversi e con lunghezze d’onda variabili. Alcune delle lenti di un microscopio piegano queste onde luminose in percorsi paralleli, ingrandiscono e mettono a fuoco la luce sull’oculare.
Come funziona un microscopio? – Ingrandimento
Il potere di ingrandire l’immagine del campione quando viene vista attraverso un microscopio è conosciuto come l’ingrandimento e dipende da quanto le lenti piegano le onde luminose.
L’ingrandimento è espresso in multipli numerici di quanto ingrandimento avviene con una lente. Se l’ingrandimento di una lente è 2X, allora raddoppia approssimativamente la dimensione dell’immagine dell’oggetto.
Con un microscopio composto, l’ingrandimento totale può essere determinato moltiplicando gli ingrandimenti delle lenti obiettivo e oculare. Di conseguenza, una lente oculare di 10X accoppiata ad un obiettivo di 40X produce un ingrandimento totale di 400X.
Tuttavia, più alto è l’ingrandimento più l’obiettivo deve essere vicino al campione. Dal momento che una lente con un ingrandimento maggiore piega la luce più severamente, il campione viene messo a fuoco a una distanza minore dall’obiettivo e questo è noto come la lunghezza focale.
Generalmente, una lente che fornisce un ingrandimento maggiore fornirà anche una migliore risoluzione. Questi due fattori, lavorando insieme, sono molto importanti nel determinare come funziona un microscopio?
Come funziona un microscopio? – Risoluzione
La risoluzione di un campione dipende fortemente dalle onde luminose. La distanza più breve tra due punti che il microscopio può definire chiaramente come punti separati è la risoluzione del microscopio.
Foto a sinistra: immagine al microscopio di cristalli di sale.
La risoluzione è forse più importante dell’ingrandimento per capire come funziona un microscopio? Se i punti non possono essere messi a fuoco chiaramente, allora sono più vicini della risoluzione del microscopio e, indipendentemente dall’ingrandimento, la qualità dell’immagine sarà scarsa.
La risoluzione è determinata dalla frequenza delle onde luminose che illuminano il campione e dalla qualità della lente. Una regola della fisica ottica è che più corta è la lunghezza d’onda maggiore è la risoluzione.
Usualmente espressa in micron, la migliore risoluzione che un microscopio ottico può produrre è 0,2 micron o 200 nanometri. Escludendo la fonte di luce, una lente con una risoluzione di 0,5 micron non risolverà punti così vicini come una lente da 0,3 micron.
Come funziona un microscopio? – Contrasto
Il contrasto è un altro ingrediente importante nel funzionamento di un microscopio.
Un ingrandimento e una risoluzione elevati non garantiscono che si veda effettivamente l’immagine del campione. Se tutta la luce passa attraverso una cellula, nessun dettaglio sarà visibile. Alcune frequenze di luce devono essere assorbite in misura diversa dalle strutture all’interno della cellula e questo permette di vedere il campione.
Utilizzando il condensatore o il diaframma di un microscopio, la dimensione e l’intensità del fascio di luce può essere modificata. Un fascio stretto fornisce un maggiore contrasto. La colorazione del campione può essere necessaria per ottenere il contrasto necessario per visualizzare i dettagli del campione.
Come funziona un microscopio? – Electron
Come già detto, i microscopi ottici sono limitati nella risoluzione dalla frequenza delle onde luminose.
Le pistole a elettroni emettono un flusso di elettroni di una lunghezza d’onda considerevolmente più corta della luce visibile e questo fatto permette a un microscopio elettronico di avere una risoluzione e un ingrandimento maggiori.
In molti modi, un microscopio elettronico funziona in modo simile a un telescopio ottico tranne che, invece della luce visibile, un flusso di elettroni è usato per illuminare il campione. Il fascio di elettroni è focalizzato con lenti magnetiche. I cambiamenti del fascio di elettroni all’interno del campione vengono registrati e si forma un’immagine basata su questi cambiamenti.
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Che sia un microscopio semplice, composto o elettronico, le stesse regole della fisica determinano la risposta alla domanda “come funziona un microscopio?”
Le onde elettromagnetiche in qualche forma o modo sono focalizzate sul campione per permettere di osservarne i dettagli. Ingrandimento, risoluzione e contrasto devono lavorare insieme per ottenere la migliore immagine possibile.
Se sei anche interessato a leggere come si è evoluto lo studio della microscopia, segui il link per controllare la teoria cellulare.
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