Определение размеров малых объектов с помощью микроскопа

Лабораторная работа № 11

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему, показанную на рис. 5 и подключить к клеммам 1 эквивалентную схему 4а.

2. Включить звуковой генератор и осциллограф.

3. Определить чувствительность S_x и S_y электронного осциллографа (см. лабораторную работу № 9).

4. Установить на звуковом генераторе частоту 50 Гц и получить на экране осциллографа эллипс.

5. Провести десять измерений 2x₀ и 2y₀ на разных частотах в пределах от 50 до 5×10³ Гц.

6. Рассчитать импеданс Z схемы 4а, используя выражение (8).

7. Подключая поочередно эквивалентные схемы 4б и 4в, повторить измерения, указанные в пунктах 4 - 6.

8. По полученным данным построить график зависимости для всех трех схем.

9. Наложить электроды на предплечья, под электроды положить марлевые салфетки, смоченные физиологическим раствором.

10. Установить входные напряжения 4В и провести измерения, указанные в пунктах 4 - 6. Построить график зависимости Z=Z(w).

11. Сравнить полученные графики и выбрать эквивалентную схему, наиболее точно моделирующую живую ткань.

12. При двух частотах в пределах от 100 до 1000 Гц измерить х и у и, используя уравнение (7), рассчитать угол Dj сдвига фаз для живой ткани.

13. Для каждой эквивалентной схемы и живой ткани результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.

Таблица 1

№ п/п	n, Гц	2x0, мм	2y0, мм	Sх, мм/В	Sу, мм/В	Z, Ом
…

14. Определить относительную и абсолютную погрешности для импеданса живой ткани.

Контрольные вопросы

1. Что такое импеданс? 2. Как записывается обобщенный закон Ома? 3. Каковы особенности электропроводности живых тканей? 4. Что такое дисперсия электропроводности и чем она обусловлена? 5. Что такое эквивалентная схема? 6. Для каких целей используется импеданс в медицине? 7. Как определяется сдвиг фаз между силой тока и напряжением?

Цель работы: изучение физических основ биологического микроскопа и определение с его помощью размеров малых объектов.

Оборудование: микроскоп биологический, осветитель, камера Горяева, миллиметровая шкала с двумя подвижными указателями, окулярный микрометр (встроенный в окуляр), микропрепараты.

В медицинской практике для рассмотрения мелких объектов широко используется микроскоп, который дает возможность визуально рассматривать не сам объект, а его увеличенное изображение, видимое под большим углом зрения, чем невооруженным глазом, в условиях привычных аккомодации глаза — на расстоянии наилучшего зрения (25 см). Общее увеличение микроскопа К равно произведению линейного увеличения объектива К_об на угловое увеличение окуляра К_ок:

, (1)

где D — оптическая длина тубуса, f₁, f₂ — фокусные расстояния объектива и окуляра.

Из выражения (1) видно, что при некоторых значениях параметров f₁, f₂ и D величина коэффициента увеличения микроскопа может оказаться сколь угодно большой.

Однако, как показывает опыт, увеличение микроскопа ограничено и в практической деятельности не используются микроскопы с увеличением свыше 1500 - 2000. Разрешающая способность микроскопа, т.е., способность прибора давать раздельные изображения мелких, близко расположенных друг к другу деталей (точек) предмета, обусловлена дифракцией света. Дифракция света на входном отверстии объектива неизбежно приводит к тому, что изображения отдельных точек самосветящегося или освещаемого предмета оказываются уже не точками, а светлыми дисками, окаймленными темными и светлыми кольцами. Если рассматриваемые точки или детали предмета находятся близко друг от друга, то их дифракционные изображения в фокальной плоскости объектива могут перекрываться (рис. 1а).

Две близкие точки 1 и 2 предмета можно видеть раздельно в том случае, если светлые диски их дифракционных изображений взаимно перекрываются не более чем на величину радиуса диска (рис. 1б). Если же диски перекрываются более чем на радиус, то раздельное видение точек становится невозможным (рис. 1в). В последнем случае прибор уже не разрешает (не разделяет) таких точек.

Наименьшее расстояние Z, при котором две точки предмета еще можно видеть раздельно называют разрешаемым расстоянием. Разрешающую способность оптического прибора принято измерять величиной, обратной разрешаемому расстоянию (1/Z).

Для микроскопа, как показывают расчеты, наименьшее разрешаемое расстояние определяется выражением:

, (2)

где l - длина волны света, n — показатель преломления иммерсионной среды между препаратом и объективом микроскопа, Q — апертурный угол объектива микроскопа — угол, образованный оптической осью объектива и лучом, проведенным из центра рассматриваемого препарата к краю отверстия объектива (рис. 2).

Величина А=n×sinQ называется числовой апертурой объектива, числовая величина которой обычно указывается на оправе объектива. Выражение (2) справедливо в случае освещения препарата с помощью конденсоров сходящимся пучком света. При освещении препарата пучком параллельных лучей величина Z оказывается приблизительно вдвое больше, т.е.

. (3)

Использование последнего способа освещения препарата приводит к ухудшению разрешающей способности оптического прибора. Если объект находится в воздухе, то n=1, следовательно, Z=l/sinQ. Для микроскопических объектов угол Q близок к p/2, следовательно, sinQ»1, это позволяет сделать заключение, что, в зависимости от способа освещения препарата, микроскоп позволяет разрешить объекты, отстоящие друг от друга на расстоянии порядка 1/2 l ¸ l.

Учитывая наличие предела разрешения микроскопа и предела разрешения глаза, вводят понятие полезного увеличения микроскопа. Принято считать, что для невооруженного глаза на расстоянии наилучшего зрения глаз человека может различать раздельно две точки, если расстояние между ними не менее 0,1 мм — это и есть разрешаемое расстояние для невооруженного глаза. Для меньшего утомления глаза и большего удобства наблюдения в микроскоп рекомендуется использовать значение Z^/ = 0,2 мм (200 мкм).

Увеличение микроскопа, при котором глаз в состоянии различать детали, величина которых равна разрешаемому расстоянию объектива микроскопа, называют полезным увеличением. Следовательно, если объектив разрешает детали, имеющие размеры Z, то полезным увеличением будет такое, при котором изображение этих деталей в микроскопе будет увеличено до размеров, соответствующих пределу разрешения для невооруженного глаза, т.е. рассматриваемые детали должны представляться глазу размером не менее 0,1 мм (100 мкм). Таким образом, полезное увеличение микроскопа может быть определено выражением:

(4)

. (4а)

Зная полезное увеличение K можно к имеющемуся объективу указать соответствующий окуляр, пользуясь соотношением:

. (5)

Дата добавления: 2014-01-04