In diesem Video wollen wir uns anschauen,
wie ein Mikroskoppels schafft, kleinste Objekte so sehr zu vergrößern,
dass wir sie genau untersuchen können.
Wirk hören mit einem Lichtmikroskop zum Beispiel die Zellen von pflanzlichen Materialien
sichtbar gemacht werden. Um die physikalische Funktionsweise zu verstehen,
benötigen wir Vorwissen. Dies umfasst die Funktionsweise von Dünnlinsen,
daher sollte das Vortagsthema Abbildung mit Dünnlinsen bekannt sein.
Außerdem sollte auch der Vortrag zu Spiegeln durchgearbeitet worden sein,
weil da der Unterschied zwischen virtuellem und Ellenbild
deutlich wird
Damit man verstehen kann, wie ein Mikroskop funktioniert,
müssen wir uns vorher einmal angucken, wie eine Lupe funktioniert.
Dazu betrachten wir erst mal den Seewinkel. Man nimmt einen
Lichtstreif vom obersten Ende des abzubildenden Gegenstandes und einen vom untersten Ende
und führt beide zum Auge.
Damit der Seewinkel vergrößert wird, benötigt man ein optisches Hilfsmittel,
was zum Beispiel eine Sammellinse sein kann.
Auf die genaue Funktionsweise einer Lupe wird auf der ULAT-Seite zum Thema Linsen genauer eingegangen.
Die Lupe wird als zusätzliche Linse so an oder über den Gegenstand gehalten,
dass sich der Gegenstand knapp innerhalb der Brennweite der Lupe befindet.
Dann entsteht ein vergrößertes virtuelles Bild mit dem vergrößerten Seewinkel
Nun kommen wir zum Aufbau des Mikroskops. Wir bedachten ersten Aufbau mit
allen Bestandteilen eines üblichen Lichtmikroskops und dann die physikalisch wesentlichen Bestandteile.
Das Mikroskop steht auf einem schweren Fuß für die Stabilität,
auf dem das Stativ und eine Lichtquelle steht.
An dem Stativ sind die weiteren Bestandteile befestigt.
Oben sind Turbus und Dokular befestigt. Die Lenke des Turbus
steht unter anderem im Zusammenhang mit der jeweils erzählbaren Vergrößerung.
In dem Okular, in der man hereinguckt, befindet sich mindestens eine Linse.
Ihre genauere Bedeutung wird später in dem Vortag noch deutlich.
Unter dem Dobus ist der Revolverkopf, der mit verschiedenen Objektiven
unterschiedliche Vergrossungen erzeugen kann. Dann gibt es noch den Objektisch,
auf dem mit dem Objekthalter, der Objektträger,
also das Präparat auf einer kleinen Glasplatte festgemacht wird.
Die Höhe des Objektisches lässt sich mit dem Grob- und Feindtrieb verstellen,
damit man den zu untersuchen Gegenstand als scharfes Bild erkennen kann
Vereinfacht man den Aufbau auf die wesentlichen physikalischen Bestandteile,
so sind dies, der zur Vergrößen der Gegenstand,
zwei Sammellinsen und aufs Auge.
Die Sammellinse auf der Seite des Gegenstandes heißt Objektiv,
und die auf der Seite des Auges Ocular.
Die beiden Sammellinsen haben unterschiedliche Brennweiten,
wobei der Abstand und somit auch die Dobuslänge
weit größer ist,
als die Summe beider Brennweiten
Kommen wir also zum Strahlengang im Mikroskop. Mit dem Objektiv wird ein vergrößertes,
reelles Zwischenbild des Objektes erzeugt. Dies beruht auf den Abbildungsgesetzen,
die schon im Vortragsvideo Abbildung mit dünnen Linsen besprochen wurden.
Dieses Zwischenbild betrachten wir mit unserem Auge durch das Okula,
welches als Lupe benutzt wird. Um das virtuelle Bild,
das vom Okula erzeugt und vom Auge wahrgenommen wird,
zu konstruieren, muss man zwei Strahlen einzeichnen.
Einmal den Mittelpunktstrahl, der durch die Spitze des Zwischenbildes und
den Mittelpunkt des Okullares verläuft. Der zweite Strahl verläuft vom reellen Zwischenbild,
das hier wie ein Gegenstand betrachtet werden kann,
bis zum Okula parallel zur optischen Achse und von dort aus
als Brennstrahl zum Auge weiter.
Um nun das virtuelle Abbild zu finden,
muss man diese Strahlen mit Hilfslinien vor dem Zwischenbild fortführen,
bis die beiden sich schneiden.
Da die Winkel der Strahlen sich kaum unterscheiden,
passiert das erst in sehr großer Entfernung.
Das virtuelle Bild ist darum sehr groß,
wodurch die hohe Vergrößerung entsteht
Wie berechnen wir die Vergrößerung des Mikroskops?
Hier sieht man zwei Formeln zur Berechnung der Vergrößerung,
wobei meist die linke angewendet wird, da die Wörter für
die Vergrößerung vom Okular und Objektiv auf den Bestandteilen vom Mikroskop stehen.
So müssen nicht extra die Dobuslänge und Grenweiten beider Linsen bekannt
sein und die Vergrößerung kann schnell im Kopf berechnet werden.
Die Grundlage bildet die Vergrößerung mit der Lupe.
Hier ersetzt man den Dungans durch die Gegenstandsgröße,
geteilt durch die übliche Betrachtungsweite bzw. die Gegenstandsgröße durch die Seeweite,
für die das Auge ein scharfes Bild erzeugt
Auf dieser Formeln kommt man,
wenn man sich die Winkeln in dem Bild einmal anguckt.
Der Tangens ist definiert als Gegenkadette durch Ankertäter.
Also beim Winkel ohne Lupe als Gegenstandsgröße durch Seeweite vom Auge.
Wandet man die Definition des Tangens auf den Seewinkel mit Lupe an,
kommt man auf die Gegenstandsklösse geteilt durch die Brinweite der Linse.
Dass man den Winkel auf der Gegenstandsseite nehmen kann, liegt daran,
dass der Mittelpunkt Strahl parallel zum Brennstrahl auf der Seite des Auges ist.
Also schließen die beiden Strahlen den gleichen Winkel mit der
optischen Achse ein
Die Bedachtungsweite BW legt um die 25 Zentimeter. Kürzmann die Formel,
kommt man da auf die Vergrößerung einer Lope als Godzient aus
Betrachtungsweite des Auges und der Brennweite des Okulars F.O.
In ähnlicher Weise folgert man die Vergrößerungsformel für das Objektiv.
Wobei die Dobuslänger statt der Betrachtungsweite des Auges eingesetzt wird.
Multipliz hört man nun diese beiden Vergrößerungen, kommt man auf
die Formel. Die Vergrößerung ist gleich die Dobuslänge,
mal der Betrachtungsweite des Auges, geteilt durch das Produkt der
Brennweiten von Objektiv und Nokular
In der Realität, es sind Okular und Objektiv,
nicht auf eine Achse angeordnet, unter anderem,
damit man beim Mikroskopieren nicht von oben in das Mikroskop gucken muss,
sondern seitlicher und so eine angenehmere Körperposition annimmt.
Physikalisch muss dafür dann ein Planspiegel eingebaut werden,
damit das Licht zum Ukular umgelenkt wird.
Dieser ist so montiert, dass das physikalische Prinzip nicht verändert
wird,
nur die Richtung der Strahlen
Bei dem Mikroskop ist die Vergrößerung das Ziel des optischen Instrumentes.
Alleine die Vergrößerung erzeugt aber noch kein gutes Bild,
sondern es sollten noch weitere Faktoren beachtet werden.
Die können hier aber nicht mehr im Detail erläutert,
sondern nur kurz erwähnt werden, um einen Überblick zu geben.
Ein wichtiger Punkt ist ein großes Auflösungsvermögen, damit ein scharfes Bild erzeugt wird.
Das hängt zum Beispiel auch mit der Wellenlänge des Lichtes zusammen.
Da zum Beispiel mit dem Lichtmikroskop an sich keine Objekte sichtbar gemacht werden können,
die kleiner als die halbe Wellenlänge des Lichts sind.
Dazu kommt, dass in manchen Fällen das Seefeld vergrößert werden muss,
wenn das Objekt nicht komplett mit dem Ukular aufgefasst werden kann.
Um das zu realisieren, wird gegebenenfalls eine weitere Feldlinse eingebaut,
die man zum Ukulat zählt. Auch die Beleuchtung ist wichtig,
denn das Licht muss möglichst hell und homogen sein.
Dafür nutzt man eine bestimmte sogenannte kühlerische Abbildungstechnik,
wodurch das Licht nicht nur hell und homogen ist,
sondern auch regulierbar wird.
Um die Kontraste sichtbar zu machen bzw. zu erhöhen,
kann man gegebenenfalls
eine sogenannte Dunkelfeldbeleuchtung einsetzen
Wir hoffen, euch hilft dieses Video bei eurem
offenen Experimentsoptik.
Viel Spaß beim Experimentieren