какое значение имело изобретение микроскопа
Микроскоп
Наверняка многие слышали о таком предмете, как микроскоп. А некоторые даже знакомы с ним не понаслышке. Однако мало кто представляет что существует разное количество видов данного устройства, предназначенных для различных функций. Что же такое микроскоп и микроскопия? Какие виды микроскопов существуют и что позволяют делать? Ответы на эти вопросы можно найти в предложенной статье.
История возникновения
Микроскоп представляет собой прибор, с помощью которого можно значительно увеличить изображение, детально изучить строение и структур рассматриваемого объекта, а также замерить его детали, плохо различимые или вообще невидимые невооруженным глазом.
Методы и технологии, позволяющие использовать данный прибор в практических целях носят название микроскопия.
Самыми первыми изобретенными устройствами были оптические микроскопы. К тому же невозможно с уверенностью сказать о том, кому принадлежат лавры такого изобретения. В 1538 году венецианский врач Джироламо Фракасторо предложил использовать комбинацию из двух линз для достижения наибольшего увеличения. А самые ранние упоминания именно о микроскопе датируются 1590 годом и уходит корнями в голландский город Мидделбург, где работали двое мастеров Иоанн Липперсгей и Захарий Янсен, которые изготавливали очки.
Примерно в 1624 году свой первый составной прибор под названием «оккиолино», что в переводе с итальянского означает «маленький глаз», представил итальянский физик и астроном Галилео Галилей. И только спустя год его товарищ Джованни Фабер предложил называть полученное изобретение микроскопом.
Виды микроскопов
На сегодняшний момент существует множество разновидностей данного прибора. Микроскопы бывают: оптические и электронные, рентгеновские и сканирующие зондовые. Есть также дифференциальный интерференционно-контрастный микроскоп.
Оптические приборы в свою очередь делятся на ближнепольные, конфокальные и двухфотонные лазерные микроскопы. Электронные подразделяются на просвечивающие и растровые устройства. Сканирующие представляют собой совокупность атомно-силовых и туннельных микроскопов, а рентгеновские приборы бывают лазерными, отражательными и проекционными.
Естественной оптической системой является глаз человека. При этом она характеризуется точным разрешением. Нормальное разрешение для обычного глаза составляет примерно 0,2 мм. Это характерно при удалении объекта на расстояние оптимального видения, которое составляет 250 мм. Стоит заметить, что размеры животных и растительных клеток, различных микроорганизмов, деталей структуры металлов и разного рода сплавов, а также мелких кристаллов намного меньше нормального разрешения для человеческого глаза.
Ученые примерно до середины прошлого века использовали в работе только видимое оптическое излучение, диапазоном от четырехсот до семисот нанометров. Иногда применялись приборы с ближним ультрафиолетом. Получается, что оптические микроскопы способны различать вещества с расстоянием между элементами до 0,20 мкм, а это значит, что он может добиться максимального увеличения 2000 крат.
В электронных устройствах для увеличения используется пучок электронов, обладающих волновыми свойствами. При этом электроны достаточно легко можно сфокусировать при помощи электромагнитных линз, потому что они представляют собой заряженные частицы. К тому же электронное изображение не составит труда перевести в видимое.
У электронных устройств разрешающая способность в несколько тысяч раз превышает разрешение светового оптического микроскопа. А в современных приборах она может быть даже менее десяти нанометров.
Сканирующие зондирующие микроскопы – это класс приборов, работа которых основана на сканировании зондом различных поверхностей. Это достаточно новые устройства, изображение на которых получается при помощи фиксирования соприкосновений между поверхностью и зондом. На данный момент в таких устройствах удалось добиться фиксации взаимодействия зонда с некоторыми молекулами и атомами, что выводит сканирующий зондирующий микроскоп на уровень электронных приборов. А в некоторых показателях такие устройства даже превосходят их.
Рентгеновские микроскопы представляют собой прибор, позволяющий исследовать очень малые объекты, величины которых можно сопоставить с длиной рентгеновской волны. Работа такого прибора основана на электромагнитном излучении, имеющим длину волны до одного нанометра. Разрешающая способность рентгеновских устройств намного выше оптических, но ниже электронных микроскопов.
Строение микроскопа
Стандартный оптический прибор имеет в своем строении следующие детали:
Оптическая система такого устройства представляет собой объективы, расположенные на револьверной головке, окуляры и в некоторых случаях призменный блок. При помощи оптической системы как раз и формируется изображение изучаемого образца на сетчатке глаза. Причем это изображение будет перевернутым.
В настоящее время многие детские микроскопы содержат в себе линзу Барлоу, применение которой позволяет добиться плавного увеличения изображения до 1000 крат и выше. Однако качество изображения при этом существенно страдает, что делает использование этой линзы в таких устройствах достаточно сомнительным.
В профессиональных устройствах для изменения увеличения используют только различные комбинации качественных объективов и окуляров. И уж конечно, в таких приборах никогда не будет использовать линза столько сомнительного качества.
Механическая система микроскопа представляет собой штатив, тубус, револьверную головку, механизмы фокусировки и предметный столик.
Для фокусировки изображения применяются механизмы фокусировки. Макрометрический винт применяют в работе с небольшими увеличениями, а микрометрический используется при высоких увеличениях. Стандартные школьные или детские микроскопы обычно комплектуются лишь макрометрическим винтом грубой фокусировки. Для лабораторных исследований в обязательном порядке понадобится и механизм тонкой фокусировки. Оптические устройства могут иметь раздельные механизмы грубой и точной фокусировки, а также содержать в себе коаксиальные винты микро и макрометрической регулировки фокуса.
Фокусировка прибора осуществляется при помощи перемещения предметного столика или тубуса устройства в вертикальной плоскости.
Предметный столик необходим для расположения на нем объекта. Можно выделить несколько их разновидностей:
Более комфортным для работы считается координатный предметный столик, которые позволяет перемещать образец для исследования в горизонтальной плоскости.
Объективы микроскопа располагаются непосредственно на револьверной головке. Ее вращение позволяет выбрать какой-либо из объективов, тем самым меняя увеличение. Профессиональные устройства оснащены как правило съемными объективами, которые вкручиваются в револьверную головку. Дешевые же варианты микроскопов имеют встроенные объективы.
Тубус микроскопа содержит в себе окуляр. В устройствах с тринокулярной или бинокулярной насадкой существует возможность регулировки расстояния между зрачками, а также коррекции диоптрий, что позволяет подстроить микроскоп под индивидуальные особенности каждого наблюдателя. В детских устройствах в тубусе помимо окуляра может находиться также линза Барлоу.
Осветительная система оптического устройства представляет собой диафрагму, конденсор и источник света.
Источник света может быть как внешний, так и встроенный. Стандартный микроскоп обычно включает в себя нижнюю подсветку. В некоторых детских устройствах иногда используют боковую подсветку, но она не несет за собой никакого практического эффекта.
Конденсор и диафрагма используется для регулировки освещения микроскопа. Конденсоры могут быть однолинзовыми, двухлинзовыми или трехлинзовыми. При опускании или поднятии конденсора происходит либо рассеивание, либо конденсирование света, который освещает исследуемый образец.
Диафрагма представлена в двух вариантах: ирисовая, с плавным изменением диаметра, и ступенчатая, состоящая из нескольких отверстий разных диаметров. Соответственно увеличивая или уменьшая диаметр светового отверстия можно ограничить или увеличить поток света, льющегося на образец. Некоторые конденсоры оснащаются фильтродержателем, в который могут вставляться различные светофильтры.
Выводы
Микроскоп – это оптический прибор, позволяющий многократно увеличивать изображение исследуемого предмета, что позволяет изучать вещества, невидимые невооруженным глазом. В настоящий момент существует много различных видов современных устройств, отличающихся между собой разрешительной способностью, что позволяет различать и изучать очень малые предметы.
Микроскоп
Кроме видимого окружающего мира, существует мир невидимый, таинственный, микроскопический. Сотни и даже тысячи лет человек шел по пути открытия прибора, который позволил заглянуть ему в сокровенные глубины природы — туда, где все начинается, складывается, подобно мозаичным узорам, из мельчайших деталей в удивительные картины бытия и проявляется многообразием форм и структур.
Таким прибором оказался микроскоп. Поначалу совсем простой, изготовленный из подручных материалов увлеченными учеными и любознательными людьми-экспериментаторами, микроскоп стал тем инструментом познания, благодаря которому человечество совершило рывок на пути к величайшим открытиям. Микроскоп показал людям, что существует еще невидимый, такой же насыщенный и многообразный, мир микроорганизмов: грибов, растений и беспозвоночных.
Микроскоп изменил представление о строении всего живого, люди узнали о клетках и вирусах. С годами интерес к этому удивительному изобретению лишь возрастал. В нем были заинтересованы уже не только ученые, но и врачи, ювелиры, детективы, работники различных промышленных предприятий и санитарных служб.
Благодаря стремительному развитию техники микроскопы постоянно совершенствуются, дополняются новыми приспособлениями, находят применение в разных областях.
В наше время этот замечательный прибор стал доступен любому человеку, который желает изучить микромир. Исследования можно проводить в домашних условиях, и это бесценный опыт для познающего микромир.
Микроскоп позволяет погрузиться в микровселенную живой и неживой природы, пойти по следам великих ученых и исследовать наиболее интересные объекты. Кроме возможности наблюдения, микроскоп заставляет задуматься о закономерностях различных процессов, найти причины и следствия явлений природы, понять, как устроено все живое, обнаружить сходства и различия живых организмов.
Прибор позволяет выявить микроскопических виновников заболеваний человека, животных и растений. Например, зная, как выглядят галловые клещи, получится определить, заражено ли растение, и спасти его от гибели.
Имея дома микроскоп, можно следить за жизнью мельчайших живых существ, снимать с помощью видеокамеры фильмы о микромире, вести заметки своих наблюдений, экспериментировать и, возможно, стать на путь очередного научного открытия.
История создания микроскопа
Создание микроскопа имеет многовековую историю. Прибор прошел путь от простой трубки, в которую едва что-то можно было рассмотреть, до электронного устройства огромной мощности с большими увеличительными возможностями.
Поскольку ранее наукой интересовались богатые люди, заказанные ими единичные экземпляры микроскопов украшались дорогими камнями и золотом, футляры для их хранения изготавливались из слоновой кости и ценного дерева.
В настоящее время существует множество микроскопов, они находят применение в разных сферах деятельности человека: медицине, промышленности, археологии, электронике и др.
Микроскоп Захария Янссена (XVI век)
Первый микроскоп создал нидерландский мастер по изготовлению очков Захарий Янссен. Это была обычная трубка с двумя линзами на концах. Настройку изображения выполняли, выдвигая трубку (тубус). Этот простой микроскоп стал основой для создания более сложных приборов.
Микроскоп Гука (середина XVII века)
Роберт Гук собрал очень удобную модель микроскопа: тубус можно было наклонять. Чтобы получить хорошее освещение, ученый придумал специальную масляную лампу и стеклянный шар, который наполнялся водой.
Микроскоп Галилея (начало XVII века)
Галилео Галилей доработал трубу Янссена, заменив одну из выпуклых линз на вогнутую. При выдвижении тубуса этот микроскоп служил еще и телескопом. Предположительно микроскоп Галилея изготовил мастер Джузеппе Кампаньи из дерева, картона и кожи и поставил на трехногую подставку из металла.
Микроскоп Левенгука (середина XVII века)
Изобретение Левенгука представляло собой две небольшие пластины, между которыми крепилась крошечная линза, а исследуемый объект помещался на иглу. Передвигать иглу можно было с помощью специального винта. Микроскоп мог увеличить изображение в 300 раз, что было немыслимо для той поры.
Микроскоп Иоганна ван Мушенбрука (конец XVII века)
Иоганн ван Мушенбрук создал необычный и простой в использовании микроскоп. Линза и держатель крепились с помощью подвижных соединений, названных «орехами Мушенбрука». Это придавало микроскопу большую гибкость.
Микроскоп Дреббеля (XVII век)
Микроскоп Дреббеля — это позолоченная труба, которая находилась в строго вертикальном положении. Работать за таким микроскопом было не очень удобно.
Микроскоп фирмы Шевалье (XIX век)
Наука шагнула далеко вперед. Фирма Шевалье стала производить микроскопы, объектив которых состоял уже не из одной простой, а из многих специально отшлифованных ахроматических линз. Это позволяло достигать большой мощности и передавать изображение без искажений и более четко.
Электронный микроскоп (XX век)
Появляются электронные микроскопы. Ученые заменили пучок света на поток микрочастиц — электронов. Для получения изображения в электронном микроскопе используются специальные магнитные линзы, они управляют движением электронов с помощью магнитного поля.
USB-микроскоп (конец XX века)
USB-микроскоп — это небольшой цифровой прибор, который присоединяется к компьютеру через USB-порт. Вместо окуляра — маленькая веб-камера, которая посылает изображение прямо на монитор компьютера.
Как устроен микроскоп
Приобретая микроскоп, вы сможете расширить границы своих возможностей, заглянуть в микрокосмос и изучить его обитателей. Попробуйте стать исследователями окружающего мира, однако первым делом познакомьтесь с устройством микроскопа и правилами, которые необходимо соблюдать при работе с ним.
Для того чтобы правильно использовать световой микроскоп, необходимо знать его строение и понимать принцип работы.
Если посмотреть на микроскоп в целом, то это всего лишь очень сильное увеличительное стекло. Увеличивает микроскоп с помощью нескольких линз, одна часть которых находится в окуляре, а другая — в объективе. Мощность линз всегда указана на их оправе. Для того чтобы узнать мощность вашего микроскопа, необходимо перемножить цифры на объективе и окуляре. Так, если микроскоп имеет окуляр с 20-кратным увеличением и объектив 4, то он дает увеличение в 80 раз. Современные световые микроскопы могут увеличивать в 1500–3000 раз. Однако для домашней лаборатории вам вполне хватит максимального увеличения до 800 раз.
Итак, перейдем к строению микроскопа.
Окуляр находится в длинной полой трубке, которая называется тубус. При желании вы можете сменить окуляр на более мощный — он легко извлекается из тубуса.
Вы можете сами выбрать силу увеличения — для этого достаточно всего лишь покрутить диск с объективами до щелчка. Поскольку сила линз указана на оправе, только вам решать, сильнее или слабее делать увеличение.
На другом конце тубуса имеется вращающийся диск, на котором расположены объективы. У современных микроскопов их сразу несколько — два, три и более.
Под объективом находится предметный столик. Как понятно из названия, это то самое место, куда необходимо помещать исследуемые объекты. С обеих сторон микроскопа есть два больших винта, они нужны для того, чтобы приближать или отдалять предмет от объектива, — так настраивается резкость. Под предметным столиком вы найдете зеркало, очень важную часть микроскопа. С помощью зеркала свет направляется на объект, лежащий на предметном столике. Так можно настроить яркость. Все элементы микроскопа организуются в единую целостную систему благодаря штативу — крепкой металлической конструкции.
В большинство микроскопов встроена лампочка, которая направляет необходимый поток света, так что вам не надо заботиться об освещении. Кроме того, есть бинокулярные микроскопы (с двумя окулярами), которые более удобны, чем монокулярные (с одним окуляром). К тому же первые берегут наше зрение: глаза устают значительно меньше, поскольку нагрузка на них распределяется равномерно.
Есть микроскопы, в предметные столики которых встроены два маленьких винта — это позволяет плавно передвигать предметный столик с объектом изучения, а не сдвигать его руками во время работы.
Если у вас дома есть компьютер, обзаведитесь цифровым микроскопом. Это даст возможность выводить изображения на экран монитора, раскрашивать, подписывать и сохранять их. Будет здорово, если вам удастся снять видеоизображение и создать свой собственный фильм!
Правила работы
Приступая к работе с микроскопом, необходимо усвоить несколько несложных правил и подготовить некоторые приборы и вещества. Вам понадобятся предметное и покровное стекла, пипетка, пинцет, игла, а также вода, спирт, водный раствор йода (для окраски). Продаются готовые наборы для работы с микроскопом, которые вы можете использовать в своих исследованиях. В зависимости от специализации в набор могут входить и готовые микропрепараты, некоторые из них перечислены ниже.
Первое, что надо сделать, — это удобно разместить микроскоп на столе, возле окна. Будет еще лучше, если рядом вы поставите яркую настольную лампу. Поверните микроскоп ручкой штатива к себе.
Теперь нужно добиться правильного освещения. Для этого смотрите в окуляр и поверните зеркальце под предметным столиком к окну или другому источнику света так, чтобы отраженные от зеркала лучи попадали в объектив, а поле зрения в окуляре было наиболее освещенным.
Положите предмет, который собираетесь рассмотреть, на предметный столик — прямо над отверстием. Вращая винт и наблюдая сбоку за расстоянием между объективом и объектом, опустите объектив почти до соприкосновения с объектом. Готово!
Ну а теперь смотрите в окуляр и очень медленно вращайте на себя и от себя винт фокусировки, пока изображение не станет четким.
Значение микроскопа и его возможности
Дата публикации: 04.03.2018 2018-03-04
Статья просмотрена: 3790 раз
Библиографическое описание:
Уфимцева, Я. П. Значение микроскопа и его возможности / Я. П. Уфимцева, И. В. Изюмова. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2018. — № 2 (16). — С. 124-128. — URL: https://moluch.ru/young/archive/16/1131/ (дата обращения: 30.10.2021).
Микроскоп представляет собой уникальный прибор, призванный увеличивать микроизображения и измерять размеры объектов или структурные образования, наблюдаемые через объектив. Эта разработка удивительна, а значение изобретения микроскопа чрезвычайно велико, ведь без него не существовало бы некоторых направлений современной науки.
Отметим, что изобретение микроскопа является, выдающимся событием в науке начиная от Средневековья и до настоящего времени, потому что при помощи устройства представилась возможность открыть множество новых предметов для научного обсуждения.
В XX в. появились различные виды микроскопов, имеющие разное назначение, конструкцию, позволяющие изучать объекты в широких диапазонах спектра. Современные микроскопы представляют собой совершенные приборы, позволяющие получать большие увеличения с высокой разрешающей способностью. Разрешающая способность определяется расстоянием, на котором два соседних элемента структуры могут быть еще видимы раздельно.
Современные разработки микроскопов позволили создать микроскопы разных видов: оптический, электронный, сканирующий зондовый, рентгеновский, дифференциальный интерференционно-контрастный.
Современный мир невозможно представить без использования микроскопа, каким образом бы развивались без него такие области человеческой деятельности как иммунология и генетика, металлургия и геология, биология и медицина, криминалистика и петрография, а также огромное число других.
Применение современных микроскопов в отраслях науки и экономики позволяет делать и осуществлять разработки и достижения невозможные без него, а именно: разрабатывать безопасные и эффективные медицинские препараты, ставить верный диагноз, помогающий излечить различные заболевания, создавать новые виды синтетических материалов, налаживать производство электронной техники и высокоточных приборов и др.
Во всех школах, университетах, академиях имеются лаборатории, оборудованные микроскопами. Микроскопы делают очень простым приобщение обучающихся к исследованиям, целью которых является активное познание окружающего нас материального мира [1]. При помощи наглядности, достигаемой только с микроскопом, освоение учебного материала получается более эффективным. Он выступает в качестве действительно незаменимого инструмента, без которого в современных условиях стало невозможно заниматься исследовательской и научной деятельностью. Любое лабораторное оборудование включает в свой перечень микроскоп.
Для выполнения практической части моей работы, целью которой является изучение микроскопа и его возможностей, мне понадобился микроскоп и опытные образцы. В качестве опытных образцов были взяты: гриб мукор, поперечный срез листа сосны, нитчатая водоросль, спороносный колосок хвоща, спорогоний кукушкиного льна, сорус папоротника, мужская шишка сосны. Я взяла образцы, поместила их под микроскоп, внимательно рассмотрела, затем сфотографировала их.
Этапы выполнения опыта:
Подготавливаем предметное стекло, тщательно промыв его водой. Затем кладём поочередно каждый из опытных образцов на предметное стекло.
В табл. 1 представлена краткая характеристика исследуемых образцов.
Краткая характеристика опытных образцов, рассмотренных под микроскопом
Название препарата
Краткая характеристика
род низших плесневых грибов класса зигомицетов, который включает около 60 видов. Широко распространены в верхнем слое почвы, также развиваются на продуктах питания и органических остатках
относится к мхам. Коробочка спорогона имеет удлиненный с заостренным концом колпачок. Внешне он сходен с кукушкой, откуда и произошло название данного мха
у сосны, как и у большинства хвойных, лист имеет особую игольчатую форму и называется хвоей.
представляет собой тонкие зеленые нити. По текстуре они мягкие и склизкие на ощупь. При извлечении из воды сразу теряют форму и обвисают. Нитчатая водоросль — это причина цветения воды
5. Спороносный колосок хвоща
состоит из спорофиллов — видоизмененных листьев, имеющих форму многогранной пластинки в виде щитка на ножке. Хвощ — это многолетнее травянистое растение, прямостоячее, достигает в высоту иногда от 40 до 60 см.
6. Сорусы папоротников
особые структуры, расположенные обычно на нижней стороне листа.
7. Мужская шишка сосны
Шишка представляет собой видоизмененный побег. Мужские шишки сосны зеленовато-желтого цвета собраны в густые колосовидные «соцветия» у основания удлиненных молодых побегов.
Далее на рис. 1–7 проиллюстрированы сфотографированные в ходе выполнения опыта изображения опытных образцов под микроскопом.
Рис. 1. Гриб мукор на хлебе и под микроскопом
Рис. 2. Лист сосны в природе и поперечный срез листа сосны под микроскопом
Рис. 3. Нитчатая водоросль в природе и под микроскопом
Рис. 4. Спороносный колосок хвоща в природе и под микроскопом
Рис. 5. Спорогоний кукушкиного льна в природе и под микроскопом
Рис. 6. Сорус папоротника в природе и под микроскопом
Рис. 7. Мужская шишка сосны в природе и под микроскопом
Резюмируя результаты выполненного мною опыта, заключим следующее:
‒ научилась подготавливать опытные образцы для изучения их под микроскопом.
‒ научилась работать с микроскопом.
‒ увидела, как выглядят опытные образцы под микроскопом.
‒ узнала, что гриб мукор, поперечный срез листа сосны, нитчатая водоросль, спороносный колосок хвоща, спорогоний кукушкиного льна, сорус папоротника, мужская шишка сосны состоят из клеток и спор.
‒ поняла, что с помощью микроскопа можно узнать и увидеть много нового и интересного невидимого глазу человека.
На основе выше обозначенного отметим следующее:
‒ микроскопы позволяют определять размеры и форму, строение и иные характеристики невидимых невооруженным глазом тел;
‒ современные исследовательские приборы имеют мощный функционал;
‒ изобретение микроскопа подарило человечеству уникальную возможность заглянуть в микромир, увидеть своими глазами самых опасных врагов человечества — бактерий и вирусов, находить методы борьбы с ними, ставить правильные диагнозы при лечении сложных заболеваний;
‒ без наличия микроскопа научные исследования в любой отрасли науки невозможны. Более того, альтернативы микроскопу нет [2].