Изобретение микроскопа

Изобретение микроскопа

Микроскоп - это оптический прибор,  позволяющий получить увеличенные изображения мелких предметов или их деталей, которые невозможно рассмотреть невооружённым глазом.

Дословно слово «микроскоп» означает «наблюдать за чем-то маленьким, (от греческого «малый» и «смотрю»).

Глаз человека, как любая оптическая система, характеризуется определённым разрешением. Это наименьшее расстояние между двумя точками или линиями, когда они ещё не сливаются, а воспринимаются раздельно друг от друга. При нормальном зрении на расстоянии 250 мм разрешение составляет 0,176 мм. Поэтому все объекты, размер которых меньше этой величины, наш глаз уже не в состоянии различить. Мы не можем видеть клетки растений и животных, различные микроорганизмы и др. Но это можно сделать с помощью специальных оптических приборов - микроскопов.

Как устроен оптический микроскоп

Изобретение микроскопа

А - окуляр; В - объектив; С - объект; D - конденсор; Е - предметный столик; F - зеркало.

В основе работы оптического микроскопа лежат законы классической оптики. В микроскопе используется явление преломления световых лучей при прохождении сквозь стекло.

Конструкции оптических микроскопов могут различаться, но в любом из них есть 2 основные системы: оптическая и механическая.

В оптическую систему микроскопа входят объектив и окуляр. Объектив - это самая важная часть микроскопа. С его помощью создаётся увеличенное изображение, которое наблюдатель видит в окуляре. Объектив собирает пучок световых лучей, расходящихся конусом от наблюдаемого предмета. Угол между крайним лучом этого светового потока и оптической осью называется апертурным углом. В объективе расходящийся световой поток превращается  в параллельный.

Главная характеристика объектива - номинальное увеличение, показывающее, во сколько раз объектив увеличивает изображение. Как правило, это ряд величин: 2,5; 3,2; 4; 5; 10; 20; 40; 63; 100; 120. Разрешающая способность объектива d = 0,61ƛ/A, где ƛ - длина световой волны; А - числовая апертура. Она равна произведению показателя преломления среды между предметом и объективом на синус апертурного угла.  Максимальная разрешающая способность светового оптического микроскопа равна 0,2 мкм.

Окуляр - это линза, приближенная к глазу наблюдателя. Она также увеличивает изображение, которое даёт объектив микроскопа, от 5 до 25 раз. Параллельный световой поток преломляется в окуляре таким образом, что изображение фокусируется в глазе наблюдателя.

Чтобы увеличить рассматриваемый объект, его нужно сначала подсветить. В первых микроскопах это делалось с помощью естественного освещения. Позднее для этого стали использовать зеркальце. Попадая на него, лучи от источника света отражаются и освещают объект наблюдения. В современном микроскопе освещение регулируют с помощью системы линз, называемых конденсорами, которые собирают лучи от источника света и направляют их на предмет.

Величина, полученная умножением увеличения объектива на увеличение окуляра, показывает общее увеличение микроскопа.

Механическая часть микроскопа состоит из тубуса, в котором закреплены объектив и окуляр. Микроскоп должен быть устойчивым. Поэтому тубус и тубусодержатель находятся на массивном прочном основании. Там же закреплен держатель конденсора. Если в микроскопе несколько объективов, то он оснащён револьверной головкой, которая производит быструю их смену простым поворотом.

Предмет, который необходимо исследовать, размещается на предметном столике.

Микроскоп для наблюдения одним глазом имеет один объектив и называется  монокулярным. Для наблюдения двумя глазами созданы бинокулярные микроскопы, оснащённые двумя одинаковыми окулярами.

Вместо одного из окуляров в микроскоп может быть вмонтирован фотоаппарат.

История создания микроскопа

Изобретение микроскопа

Микроскопы XVIII века

Когда появился первый микроскоп, точно неизвестно. Простейшие увеличительные  приборы - двояковыпуклые оптические линзы, находили ещё при раскопках на территории Древнего Вавилона.  

Изобретение микроскопа

Захарий Янсен 

Считается, что первый микроскоп создали в 1590 г. голландский оптик Ганс Янсен и его сын Захарий Янсен. Так как линзы в те времена шлифовали вручную, то они имели различные дефекты: царапины, неровности. Дефекты на линзах искали с помощью другой линзы - лупы. Оказалось, что если рассматривать предмет с помощью двух линз, то происходит его многократное увеличение. Смонтировав 2 выпуклые линзы внутри одной трубки, Захарий Янсен получил прибор, который напоминал подзорную трубу. В одном конце этой трубки находилась линза, выполняющая функцию объектива, а в другом - линза-окуляр. Но в отличие от подзорной трубы прибор Янсена не приближал предметы, а увеличивал их.

Изобретение микроскопа

Микроскоп Янсена

В 1609 г. итальянский учёный Галилео Галилей разработал составной микроскоп с выпуклой и вогнутой линзами. Он называл его «оккиолино» - маленький глаз.

Изобретение микроскопа

Микроскоп Галилея

10 лет спустя, в 1619 г.  нидерландский изобретатель Корнелиус  Якобсон Дреббель сконструировал составной микроскоп с двумя выпуклыми линзами.

Мало кто знает, что свой название микроскоп получил только в 1625 г. Термин «микроскоп» предложил друг Галилео Галилея немецкий доктор и ботаник  Джованни Фабер. 

Все созданные в то время микроскопы были довольны примитивными. Так, микроскоп Галилея мог увеличивать всего в 9 раз. Усовершенствовав оптическую систему Галилея, английский учёный Роберт Гук в 1665 г. создал свой микроскоп, который обладал уже 30-кратным увеличением.

Изобретение микроскопа

Микроскоп Гука

В 1674 г. нидерландский натуралист Антони ван Левенгук создал простейший микроскоп, в котором использовалась всего одна линза. Нужно сказать, что создание линз было одним из увлечений учёного. И благодаря его высокому мастерству в шлифовании, все сделанные им линзы получались очень высокого качества. Левенгук называл их «микроскопиями». Они были маленькие, размером с ноготь, но могли увеличивать в 100 или даже в 300 раз.

Изобретение микроскопа

Антони ван Левенгук

Микроскоп Левенгука представлял собой металлическую пластину, в центре которой находилась линза. Наблюдатель смотрел через неё на образец, закреплённый с другой стороны. И хотя работать с таким микроскопом было не совсем удобно, Левенгук смог сделать с помощью своих микроскопов важные открытия.

Изобретение микроскопа

Микроскоп Левенгука

В те времена было мало известно о строении органов человека. С помощью своих линз Левенгук обнаружил, что кровь состоит из множества крошечных частиц - эритроцитов, а мышечная ткань - из тончайших волокон. В растворах он увидел мельчайшие существа разной формы, которые двигались, сталкивались и разбегались. Теперь мы знаем, что это бактерии: кокки, бациллы и др. Но до Левенгука об этом не было известно.

Всего учёным было изготовлено более 25 микроскопов. 9 из них сохранились до наших дней. Они способны увеличивать изображение в 275 раз.

Микроскоп Левенгука был первым микроскопом, который завезли в Россию по указанию Петра I.

Постепенно микроскоп совершенствовался и приобретал форму, близкую к современной. Учёные России также внесли огромный вклад в этот процесс. В начале XVIII века в Петербурге в мастерской Академии наук создавались усовершенствованные конструкции микроскопов. Русский изобретатель И.П. Кулибин построил свой первый микроскоп, не имея никаких знаний о том, как это делали за границей. Он создал производство стекла для линз, придумал приспособления для их шлифовки.

Великий русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов первым из русских учёных стал использовать микроскоп в своих научных исследованиях.

Применение микроскопов

Изобретение микроскопа

Стереомикроскоп

Оптические микроскопы различают по их назначению.

Увидеть объёмное изображение исследуемого объекта позволяют стереомикроскопы. Их используют в своей работе микрохирурги,  стоматологи,  офтальмологи, часовщики, наладчики микроэлектронных устройств и др. От этих микроскопов не требуется большое разрешение. Их задача - обеспечить большую глубину резкости. Поэтому они увеличивают всего лишь в несколько раз или несколько десятков раз. В них нет предметных столиков и систем освещения. Их конструируют таким образом, чтобы от точки наблюдения до объектива было довольно большое расстояние, позволяющее проводить работы.    

Для проведения иммунологических исследований предназначены люминесцентные микроскопы. Они дают возможность изучать объекты, которые светятся под действием ультрафиолетового излучения. Подсветка в них делается ультрафиолетовым светом прямо через объектив. После этого возникает свечение исследуемого вещества.

В технике и машиностроении, в научных лабораториях применяют измерительные микроскопы, служащие для определения угловых и линейных размеров исследуемого предмета. 

С помощью оптических микроскопов учёные изучают состав тканей растений и животных, исследуют поверхности веществ и их структуру, строение минералов и др.