Каков принцип действия микроскопа

Принцип действия и устройство металлографического микроскопа

Металлографический (световой, оптический) микроскоп — прибор для наблюдения и фотографирования структуры непрозрачных объектов в отраженном свете. Микроскоп представляет собой комбинацию двух увеличивающих систем: объектива и окуляра.

Металлографический микроскоп состоит из осветительной, механической и оптической систем (рис.2).

Рис.2. Общий вид микроскопа МИМ-7 К осветительной системе относятся: источник света – лампа накаливания 1, набор линз, светофильтров и диафрагм. Набор линз введен в осветительную систему для уменьшения рассеивания световых лучей и повышения четкости изображения. Диафрагмы ограничивают сечение светового луча и позволяют регулировать интенсивность освещения.

Набор светофильтров в виде цветных и матовых стеклянных пластинок позволяет отфильтровать лучи требуемой длины волны, уменьшить хроматическую аберрацию и повышать четкость изображения. Кроме того, при работе на микроскопе следует учитывать, что глаза человека обладают повышенной чувствительностью к желто-зеленым цветам.

Механическая система состоит из корпуса 2, предметного столика 3, на который устанавливается микрошлиф, и визуального тубуса 4. Для наблюдения различных участков поверхности микрошлифа предметный столик можно перемещать в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях винтами 5. Предметный столик с микрошлифом может перемещаться в вертикальном направлении для предварительного наведения на фокус макрометрическим винтом 6, а для точной фокусировки — микрометрическим винтом 7.

Оптическая система является основной системой микроскопа. Она состоит из системы вмонтированных в корпус 2 призм и зеркал, обеспечивающих определенное направление лучей в микроскопе, сменных объективов 8 и окуляров 9 для визуального наблюдения и фотографирования структуры, прилагаемых в комплекте к микроскопу; фотокамеры 10.

Набор сменных объективов и окуляров позволяет менять увеличение микроскопа, которое определяется произведением увеличения объектива на увеличение окуляра (табл.3).

Таблица 3

Характеристика объективов и окуляров микроскопа МИМ-7

Примечание: 1.Заключенные в скобки объективы применять не рекомендуется.

2.Объектив, отмеченный *, используется только для светлого поля.

Основным элементом оптической системы является объектив, дающий действительное увеличенное обратное изображение рассматриваемой структуры. Окуляр лишь увеличивает изображение, получаемое объективом. При этом с помощью окуляра получается мнимое увеличенное прямое изображение структуры, выявленное объективом.

Объектив состоит из фронтальной плосковыпуклой линзы, дающей увеличение, и ряда коррекционных линз, предназначенных для уменьшения хроматической и сферической аберраций, возникающих при прохождении лучей через фронтальную линзу.

Хроматическая аберрация вызывается неодинаковым преломлением линзой лучей различного цвета, в результате чего луч белого света разлагается линзой на монохроматические лучи, которые не фокусируются в одной точке. В объективе для уменьшения хроматической аберрации белого света устанавливаются коррекционные линзы из специальных материалов, например, плавикового шпата (флюорита). Хроматическую аберрацию можно полностью устранить только применением монохроматического света.

Причина сферической аберрации заключается в том, что лучи, преломляемые краем линзы и ее центральной частью, не сходятся в одной точке, и изображение получается нерезким. Для уменьшения сферической аберрации объектив собирается из выпуклой и вогнутой линз, имеющих одинаковую, но различно направленную аберрацию.

В объективах, дающих большое увеличение, фронтальная линза имеет полушаровую форму, и сферическую аберрацию удается избежать путем помещения шлифа в апланатический фокус, т.е. в особую точку на оптической оси объектива. Такие объективы называются апланатами.

Все объективы в отношении оптических свойств делятся на ахроматы и апохроматы. Апохроматы более сложны, чем ахроматы, но зато дефекты изображения от аберраций у них сведены до минимума. Апохроматы одновременно являются апланатами. Из-за своей конструкции они дают не плоское, а несколько искривленное изображение, вследствие чего не представляется возможным получить одинаковую резкость в центре и по краям изображения. Поэтому при работе с апохроматами применяют компенсационные окуляры, исправляющие этот недостаток объектива.

В то же время объективы бывают сухие и иммерсионные. Объектив считается иммерсионным, когда между ним и микрошлифом находится слой жидкости, увеличивающий коэффициент преломления лучей (при использовании кедрового масла коэффициент равен 1,51).

Окуляры, прилагаемые к микроскопу, делятся на простые (Гюйгенса), компенсационные и проекционные. Простые окуляры применяются в сочетании с ахроматическими объективами, компенсационные с апохроматическими, а проекционные — при фотографировании.

Объективы обычно имеют увеличение от 9 до 95 раз, простые окуляры — от 3 до 15, а компенсационные — до 20 раз.

При работе на микроскопе микрошлиф помещают на предметный столик перед объективом, затем макро- и микрометрическими винтами перемещают в вертикальном направлении так, чтобы он находился немного дальше фокуса объектива. При этом последний дает увеличенное действительное изображение структуры, которое с помощью специальной линзы переносится в плоскость, близкую к фокусу окуляра. Он, действуя на луч, дает окончательное (увеличенное и мнимое) изображение структуры.

Разрешающая способность микроскопа и его полезное увеличение имеют важное значение в микроструктурном анализе металлов. Разрешающая способность определяет минимальные детали структуры, которые можно увидеть с помощью микроскопа. Она характеризуется минимальным расстоянием d между двумя соседними деталями структуры, которые еще могут быть различимы раздельно, не сливаясь. Разрешающая способность оптического микроскопа определяется дифракционными явлениями и при прямом освещении в отраженном свете соответствует условию

d = l / 2n×sina = l / 2A,

где l — длина волны белого света, равная 0,55 мкм;

n — показатель преломления между объективом и микрошлифом (для воздуха n=1, для кедрового масла n=1,51);

a — угловая апертура объектива, равная половине угла, под которым виден зрачок объектива из точки микрошлифа, лежащей на оптической оси (amax=72O, sinamax=0,95);

А- числовая апертура, равная n×sina.

Рис.3. Влияние коэффициента преломления среды на ход световых лучей в сухом и иммерсионном объективе При использовании иммерсионного объектива (рис.3.3) световые лучи, отразившись от поверхности микрошлифа под углом a, преломляются в кедровом масле и входят в объектив под значительно меньшим углом j. Поэтому чем больше n и a, тем выше разрешающая способность микроскопа. Максимальная разрешающая способность микроскопа (при использовании иммерсионного объектива) может составить d=0,55/2×1,51×0,95″0,2 мкм.

Поскольку разрешающая способность человеческого глаза d1 составляет 0,3 мм, т.е. две точки видны для глаза раздельно, если расстояние между ними 0,3 мм = 300 мкм, тогда максимальное полезное увеличение, при котором полностью реализуется его разрешающая способность, равно M=d1/d=300/0,2=1500. В соответствии с этим металлографические микроскопы имеют максимальное увеличение при визуальном наблюдении не более 1500 раз.

При исследовании структуры металла объектив выбирают, исходя из необходимого полезного увеличения микроскопа, определяемого из выражения М=300/d¢, где d¢ — минимальный размер интересующих деталей структуры в мкм. Зная М, можно по табл.3.3 определить соответствующую числовую апертуру и выбрать объектив и окуляр.

В практике металлографических исследований иногда приходится в ущерб разрешающей способности повышать контрастность изображения и увеличивать глубину резкости, характеризуемую величиной вертикального смещения деталей микроструктуры, что не приводит к потери фокусировки; при более рельефной поверхности микрошлифа целесообразно использовать объективы с малой апертурой. Контрастность изображения растет до тех пор, пока общее увеличение микроскопа не превысит полезного увеличения. Поэтому увеличение окуляра не должно быть очень высоким, так как это вызовет различное изображение деталей структуры.

С помощью металлографического микроскопа может быть выполнен как качественный, так и количественный микроструктурный анализ, например, измерение величины зерна, размера включений графита в чугуне, глубины цементированного слоя и др. Измерение деталей изучаемой структуры осуществляется с помощью окуляр-микрометра — окуляра, в который вставлено стекло с нанесенной шкалой. Цена деления окуляр-микрометра определяется увеличением микроскопа (произведением увеличений объектива и окуляра), для точного определения которого в качестве объекта используется специальная пластинка с микрометрической шкалой (объект-микрометр), на которой нанесены через каждые 0,01 мм деления на общей длине 1 мм.

Рис.4.Совмещение шкалы объект-микрометра (А) и окуляр-микрометра (В) Для определения цены деления окуляр-микрометра на предметный столик вместо микрошлифа устанавливается объект-микрометр и после наведения на фокус происходит совмещение шкал обоих микрометров (рис.4). Цена деления окуляр-микрометра равна ЦОК=ЦОБ×А/В, где ЦОБ — цена деления объект-микрометра, равная 0,01 мм; А и В -соответственно число совмещенных делений объект-микрометра и окуляр-микрометра.

После определения цены деления окуляр-микрометра, им, как обычной линейкой можно измерить любой исследуемый элемент структуры микрошлифа, помещенного на предметный столик вместо объект-микрометра.

2.3. Микроструктурный анализ ковкого феррито-перлитного чугуна

Одним из объектов микроструктурного анализа в работе является ковкий феррито-перлитный чугун, состоящий из металлической основы в виде зерен перлита и феррита, и включений графита. В нетравленом состоянии (рис.5, а) под микроскопом можно наблюдать светлое поле металлической основы ковкого чугуна и темные (черные) хлопьевидной формы графитные включения. Кроме того, на светлом поле металлической основы можно увидеть трещины, раковины, твердые и мягкие (со следами от них на поле металлической основы) неметаллические включения. После травления выявляется структура металлической основы. При наблюдении в микроскоп просматриваются темные (черные) графитные включения, светлые зерна феррита и темные (серые) зерна перлита (рис.5, б).

а) б)

Рис.5. Схема микроструктуры ковкого феррито-перлитного чугуна в нетравленом состоянии (а, металлическая основа и графит) и после травления 4% спиртовым раствором HNО3 (б, перлит, феррит и графит) ´250

При больших увеличениях микроскопа выявляется двухфазное строение перлита в виде светлых пластин феррита и цементита, которое и следует изображать на схемах микроструктур. Наблюдаемая картина строения ковкого чугуна обусловлена характером отражения световых лучей от различных участков структуры микрошлифа.

7.3. Принцип работы металлографического микроскопа

  • •Министерство образования и науки украины
  • •1. Строение атома
  • •1.2. Некоторые сведения из квантовой механики
  • •1.3. Уравнение Шредингера для атома водорода
  • •1.4. Спин электрона
  • •1.5. Атомная орбиталь
  • •1.6. Принцип Паули
  • •1.7. Многоэлектронные атомы
  • •2. Химическая связь
  • •2.1. Основные характеристики химической связи
  • •2.1. Составление химических уравнений
  • •2.3. Стехиометрические расчеты в химии
  • •2.5. Номенклатура неорганических соединений
  • •2.5. Скорость химических реакций.
  • •3. Кристаллохимия
  • •3.1. Ионные кристаллы
  • •3.2. Ковалентные связи в кристаллах
  • •3.3. Металлическая связь
  • •3.4. Слабая (ван-дер-ваальсовая) связь в кристаллах
  • •3.5. Кристаллохимические параметры
  • •4. Кристаллография (1 часть)
  • •4.1. Предмет кристаллографии
  • •4.4. Сетка Вульфа. Сферические координаты
  • •4.5. Элементы симметрии кристалла
  • •5. Кристаллография (2 часть)
  • •5.1. Сингонии. Решетки Бравэ
  • •5.2. Некоторые наиболее распространенные типы решеток
  • •5.3. Пространственная решетка
  • •5.4. Индицирование направления
  • •5.5. Индицирование плоскостей (hkl)
  • •5.6. Индицирование гексагональных кристаллов (граней)
  • •5.7. Термины в кристаллографии
  • •6. Дефекты кристаллической решетки
  • •6.1. Точечные дефекты
  • •6.2. Миграция точечных дефектов
  • •6.3. Диффузия в твердых телах
  • •6.4. Дислокации в кристаллах
  • •7. Макро-, микро- и наноструктура материалов
  • •7.1. Макроскопический анализ
  • •7.2. Микроскопический анализ
  • •7.3. Принцип работы металлографического микроскопа
  • •7.4. Определение балла зерна
  • •7.5 Фазовый анализ
  • •7.6. Наноструктура
  • •7.7. Рентгеноструктурный анализ материалов
  • •8. Механические свойства твердых материалов
  • •8.1. Разновидности механических свойств материалов
  • •8.3. Упругая линейная продольная деформация
  • •8.4. Сдвиг. Упругая деформация сдвига
  • •8.5. Взаимосвязь между деформациями растяжения (сжатия) и сдвига
  • •9. Всесторонняя деформация сжатия
  • •9.1. Закон Гука для всесторонней деформации
  • •9.2. Закон Гука для деформации вдоль одной стороны
  • •9.3. Связь между модулем всестороннего сжатия и
  • •9.4. Напряжения при ударе
  • •9.5. Упругое последствие
  • •10. Изгиб и кручение материалов
  • •10.1. Изгиб. Упругая изгибная деформация
  • •10.2. Прогиб и поворот сечения балки
  • •10.3. Прогиб балки на двух опорах
  • •10.4. Кручение материалов. Деформация кручения
  • •11. Пластичность. Твердость. Ударная вязкость
  • •11.1. Пластическая деформация твердых тел
  • •11.2. Физическая сущность пластической деформации
  • •11.3. Пластическая деформация поликристаллов
  • •11.4. Основные характеристики деформации и разрушения
  • •11.5. Твердость материалов
  • •12. Разрушение материалов. Пути повышения прочности
  • •12.1. Прочность. Виды разрушений
  • •12.2. Ползучесть материалов
  • •12.3. Другие механические свойства
  • •12.4. Пути повышения прочности материалов
  • •13. Тепловые свойства твердых тел
  • •13.1. Колебания атомов в кристаллах
  • •13.2. Теплоемкость твердых тел
  • •13.3. Теплопроводность твердых тел
  • •13.4. Тепловое расширение твердых тел
  • •13.5. Зависимость механических напряжений от температуры
  • •13.6. Повышение механических свойств материалов под действием температуры
  • •14. Жидкое состояние вещества
  • •14.3. Вязкость жидкостей
  • •14.4. Поверхностное натяжение
  • •14.5. Явления смачивания
  • •14.6. Жидкие растворы
  • •14.9. Осмотическое давление
  • •15. Структура полимеров
  • •15.1. Молекулярное строение полимеров
  • •15.2. Классификация полимеров
  • •15.3. Превращения в полимерах
  • •15.4. Надмолекулярная структура полимеров
  • •16. Механические свойства полимеров
  • •16.1 Высокоэластическое состояние полимеров
  • •16.2. Модель Максвелла для линейных полимеров
  • •16.3. Модель Кельвина-Фогта для сетчатых полимеров
  • •17. Термодинамика фазовых превращений
  • •17.1. Фазовые превращения. Правило фаз
  • •17.2. Термодинамические функции и параметры
  • •Свойства термодинамических функций:
  • •17.3. Связь между основными термодинамическими функциями и параметрами
  • •17.4. Химический потенциал 
  • •18. Фазовые переходы I рода. Плавление и
  • •18.1. Фазовые переходы I рода
  • •18.2. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса
  • •18.3. Плавление и кристаллизация
  • •18.4. Термический анализ
  • •19. Фазовые превращения в твердом состоянии
  • •19.1. Изоморфизм и полиморфизм вещества
  • •19.2. Полиморфные превращения
  • •19.3. Бездиффузионные и диффузионные превращения
  • •19.4 Кинетика твердофазных превращений
  • •19. 5 Упорядочение и разупорядочение в сплавах
  • •19.6. Диаграмма состояния сплавов с учетом твердофазных превращений
  • •19.7. Эвтектоидные превращения
  • •19. 8. Рекристаллизация
  • •20. Сплавы
  • •20.1. Классификация сплавов
  • •20.2. Зависимость свободной энергии Гиббса от температуры и
  • •20.3. Система с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях
  • •20.4. Построение диаграмм состояния методом термического
  • •21. Диаграммы состояния бинарных систем
  • •21.1. Система с ограниченной взаимной растворимостью
  • •21.2. Анализ диаграммы состояния для сплавов с эвтектическим
  • •21.3. Анализ диаграммы состояния для сплавов с перитектическим превращением.
  • •21.4. Диаграммы состояния для сплавов, когда компоненты образуют химические соединения
  • •22. Изучение диаграмм состояния
  • •22.1. Построение и расшифровка диаграмм состояния тройных сплавов
  • •22.2. Основные типы диаграмм состояния трехкомпонентных
  • •II. Изотермические и политермические сечения тройных диаграмм.
  • •23. Определение концентрации компонентов
  • •Бинарные сплавы
  • •Найти молярную массу бинарного раствора м при известных ,,м1 и м2.
  • •24.2. Неорганическое стекло
  • •24.3. Механические и тепловые свойства стекла
  • •24.6. Оптические свойства стекла
  • •24.5. Применение технических стекол.
  • •25. Дисперсные системы
  • •25.1. Введение
  • •25.2. Свойства малых частиц
  • •25.3. Коагуляция частиц
  • •26. Электрические свойства материалов
  • •26.1. Элементы зонной теории твердого тела
  • •26.2. Электропроводность твердых тел
  • •26.2. Поляризация диэлектрика
  • •26.4. Сверхпроводники
  • •26.5. Электрический ток в жидкостях
  • •27. Магнитные свойства твердых тел
  • •27.1. Магнитные моменты атомов
  • •27.2. Намагничивание. Диа- и парамагнетики
  • •27.3. Ферромагнетики

Металлографический микроскоп МИМ-8М

На прошлой неделе в фонды Пермского краеведческого музея Пермским филиалом АО «Энергоремонт плюс» безвозмездно передан металлографический микроскоп МИМ-8М. Микроскоп передан в рабочен состоянии с комплектом объективов и принадлежностей.
Теперь можно будет проводить металлографический анализ археологических предметов и сварных швов.
Микроскоп МИМ-8М. Этот прибор горизонтального типа и чаще используется при исследовании металлов. На нем можно изучать микроструктуру визуально при увеличениях 100-1350х и фотографировать при увеличении 45- 2000х. Сейчас такие микроскопы оборудуются цифровыми камерами и персональными компьютерами, что позволяет снижать трудоемкость работ.
Горизонтальный металлографический микроскоп МИМ-8М предназначен для исследования микроструктуры металлов и других непрозрачных объектов в светлом поле при прямом и косом освещении, а также в темном поле и в поляризованном свете.
Для визуального наблюдения объектов микроскоп снабжен монокулярной и бинокулярной насадками. Собственное увеличение бинокулярной насадки — 2,5х. Набор ахроматических и апохроматических объективов и окуляров обеспечивает увеличение микроскопа при визуальном наблюдении – от 100х
до 1350х.
Предметный столик микроскопа снабжен механизмами для координатного перемещения объекта. Освещение производится от электролампы накаливания мощностью 170 Вт, 17 В, питаемой от осветительной сети 220 В через понижающий трансформатор, снабженный секционным переключателем для регулировки яркости накала лампы.
Сам микроскоп и все его части установлены на станине, представляющей собой оптическую скамью длиной 1,8 м. Станина устанавливается на четыре демпфера, предназначенных для предохранения микроскопа от вибрации. Демпферы вмонтированы в стол, имеющий по бокам две тумбы с выдвижными ящиками для хранения принадлежностей.
Вот так выглядит микроскоп под чехлом в месте временного хранения
А вот так уже без чехла
Металлографический микроскоп имеет довольно сложное устройство, которое включает механическую систему, оптику (объективы и окуляры), осветительную систему и систему фотографирования. Оптические части микроскопа расположены по ходу лучей.
Рис. 1. Оптическая схема микроскопа.
1 – источник света; 2 – коллектор; 3 – теплопоглотитель; 4 – откидная линза (съемная); 5 – кольцевая диафрагма; 6 – светофильтры; 7 – поляризатор; 9 – апертурная диафрагма; 10, 11 – линзы осветительного тубуса; 12 – полевая диафрагма; 13 – линза осветительного тубуса; 14 – призма косого освещения; 15 – отражательная пластинка; 16 – кольцевое зеркало; 17 – объектив; 18 – анализатор; 19 – ахроматическая линза визуального тубуса; 20 – призма визуального тубуса; 23 – неподвижная линза визуального тубуса; 24 – конденсор темного поля. Источник света 1 представляет собой лампу накаливания К-30
Принципиальная схема микроскопа.
Микроскоп — это оптический прибор для наблюдения объектов, невидимых невооруженным глазом. Увеличение изображения объекта в микроскопе происходит в две ступени: первое увеличение дает объектив, второе — окуляр. Объектив и окуляр представляют сложные оптические системы и состоят из нескольких линз.
Принципиальная схема микроскопа представлена на рисунке ниже. Объект 1 помещается перед объективом 2 на расстоянии немного больше фокусного расстояния объектива. Объектив 2 создает увеличенное действительное, и перевернутое изображение объекта Г. Это изображение расположено перед окуляром 3. Окуляр.3 создает (как и лупа) увеличенное мнимое и прямое изображение 1’, расположенное от глаза наблюдателя 4 на расстоянии наилучшего видения. Таким образом, мы видим в микроскоп изображение объекта под большим углом зрения — увеличенное и перевернутое.
Основные механические узлы микроскопа. Штатив микроскопа — основная конструкция, на которой крепится оптическая часть. Штатив металлографического микроскопа имеет Г-образную форму и должен обеспечивать жесткость системы объектив — предметный столик в плоскости, перпендикулярной оптической оси микроскопа, плавность и стабильность фокусировки при наблюдении и фотографировании объекта.
На штативе микроскопа размещаются тубусодержатель с тубусом, предметный столик, механизм грубого перемещения и точной фокусировки столика и другие механические детали.
Тубус микроскопа — это труба, в верхней части которой крепится окуляр, а в нижней — объектив. Но это у классического микроскопа, здесь же все наоборот. Объектив вверху под предметным столиком, окуляр внизу. На фото объектив и окуляр сняты
На предметном столике устанавливается исследуемый объект шлифом вниз, перпендикулярно оси микроскопа. Конструкция предметного столика универсальна. Верхняя часть столика перемещается в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью винтов.
Длина перемещения отсчитывается по шкале. Столик может свободно вращаться относительно вертикальной оси, для этого надо отжать стопорный винт. Угол поворота столика отсчитывается по шкале столика с помощью индекса. Столик центрируется относительно оптической оси объектива специальными винтами.
Для крепления шлифов служат зажимы. Малоустойчивые объекты зажимаются в специальное устройство. К столику прилагаются металлические вкладыши для работы с очень тонкими шлифами.
Перемещение предметного столика по высоте производится механизмом грубой подачи вращением барашка. Для фиксирования предметного столика в заданном положении имеется зажимный винт. На этой же оси находится шкала с индексом для грубой установки столика по высоте в зависимости от применяемого объектива. Механизм предметного столика выдерживает нагрузку до 10 кг.
Под предметным столиком помещается объективный столик для установки объективов. Объективный столик имеет механизм микроподачи и перемещается с помощью барабанчика.
Объектив представляет систему линз, заключенных в металлическую трубчатую оправу, и является основной частью оптической системы 2 микроскопа. Основной характеристикой объектива является его увеличение. Обычные объективы имеют увеличения от 3 до 90 крат.
Для уменьшения рассеяния света, попадающего на объектив, линзы покрывают просветленным слоем, придающим поверхности голубовато-фиолетовую окраску.
Маркировка микроскопа под окуляром
Окуляры увеличивают изображение, создаваемое объективом, их увеличение находится в пределах от 3 до 20 крат. Окуляры выбирают в зависимости от применяемого объектива.
В зависимости от назначения различают окуляры для визуального наблюдения и фотографирования. Окуляры устроены проще, чем объективы. Наиболее простые — окуляры Гюйгенса. Окуляр Гюйгенса состоит из двух линз, обращенных выпуклыми сторонами к объективу. Верхняя линза — глазная, нижняя — полевая.
Фотоокуляры проектируют действительное изображение на фотопластинку или экран, но при этом края изображения видны недостаточно резко. Для исправления кривизны изображения вместо фотоокуляров применяют гомалы — отрицательные оптические системы. Однако гомалы уменьшают поле зрения приблизительно на одну треть.
Разрешающая способность микроскопа. Размеры линз объектива и окуляра ограничены, поэтому через них может пройти только часть световых волн, отраженных объектом А. Если соединить точку А с точками В и С линзы, то получим конус, ограничивающий световой поток, который проходит через линзу и образует изображение.
Источники света и светофильтры.
В микроскопах МИМ-7 и МИМ-8М применяют кинопроекционные лампы К-30 (170 Вт, средний срок службы 20 ч). Питание лампы осуществляется через понижающий трансформатор, с его помощью можно менять напряжение на зажимах лампы накаливания. За режимом работы лампы следят по вольтметру.
Светофильтр — это среда, проходя через которую поток излучения претерпевает качественные или количественные изменения.
Светофильтры применяют для повышения качества изображения, изменения контрастности изображения, для уменьшения освещенности и защиты от теплового излучения.
Для изготовления светофильтров могут применяться различные жидкости, пленки, стекла, Светофильтры для микроскопов изготовляют из цветного стекла.
Устанавливают светофильтры обычно в осветительной системе микроскопа. В микроскопах МИМ-7 и МИМ-8М стеклянные светофильтры крепятся в отверстиях диска. Диск имеет шесть отверстий. В четыре отверстия установлены светофильтры: зеленый ЗС-1, оранжевый — ОС-11, желто-зеленый ЖЗС-5 и синий СС-2. В одно отверстие установлено матовое стекло и одно отверстие пустое.
Система фотографирования.
Для фиксирования микроструктуры на микроскопах смонтированы специальные фотокамеры. Для фотографирования объектов, изучаемых под микроскопами, не снабженных фотокамерами, применяют специальные микрофотонасадки.
На рисунке показана фотокамера микроскопа МИМ-8М. Она состоит из меха 4, передней доски 5, задней доски 3. затвора б, линейки 8, зеркала 1. Эта фотокамера дает возможность получать снимки размером 13 Ч18 и 9Ч12 см. В задней доске фотокамеры имеются пазы, в которые вставляется рамка 2 с матовым стеклом или кассетой. Фотокамера при установке увеличения растягивается: ее положение фиксируется рычагами 7. Для наводки на резкость по матовому стеклу служат две длинные штанги 9 — для управления механизмом грубой подачи и с противоположной стороны — для микрометрической фокусировки.
При установке объекта и наблюдении в окуляр за изображением объекта следят с помощью зеркала 1.
Представитель Пермского филиала АО «Энергоремонт плюс», начальник ЛМиС — главный сварщик Ольга Валентинова Буланова рассказывает о микроскопе в процессе его официальной передачи музею.
«Для того чтобы лучше рассмотреть деталь устанавливают вооот такой объектив»
Принимает микроскоп заведующая Музеем-диорамой Пятаева Ирина Анатольевна
Владимир Веретенов — старший научный сотрудник Музея-диорамы. Ему предстоит описывать микроскоп и оформлять документы на ФЗК
Использованые материалы:
1. Металлографический микроскоп
Описание металлографического микроскопа МИМ-8

2.2. Устройство металлографического микроскопа.

Микроскоп — это прибор, дающий увеличенное изобра­жение предмета. Металлографический микроскоп работает по принципу отражения света от рассматриваемой поверхности металла. По распо­ложению основных узлов различают вертикальные и горизонтальные металлографические микроскопы.

Увеличение микроскопа при визуальном рассмотрении равно произведению увеличения объектива и окуляра:

,

где l — оптическая длина тубуса, м;

Fок, Fоб — фокусные расстояния окуляра и объектива, м.

Разрешающая способность (PC, м-1) оптической системы микроскопа — величина обратная минимальному расстоянию dmin между двумя точками, когда они еще видны раз­дельно:

где n — коэффициент преломления для среды между объектом и фронтально линзой объектива;  — половина отверстного угла фронтальной линзы объектива;  — длина волны света, м; А — числовая апертура.

В настоящее время в лаборатории материаловедения университе­та попользуется металлографический микроскоп МЕТАМ PI (рис.1). Он состоит из следующих основных систем: оптической, осветительной и механической.

Рис. 1. Микроскоп МЕТАМ Р1

Таблица 1

Оптические характеристики микроскопа МЕТАМ PI

Оптическая система микроскопа включает объектив и окуляры, от которых зависит увеличение микроскопа, и ряд вспомогательных элементов (призмы, зеркала, линзы и др.). Объектив, представляющий собой сложное сочетание линз, даёт дей­ствительное увеличенное, обратное изображению микроструктуры мик­рошлифа. Окуляр состоит из нескольких линз и предназначен для увеличения изображения, полученного объективом, и для преобразования его из обратного в прямое. Данная модель микроскопа снабжена двумя окулярами, объединёнными бинокулярной насадкой.

В осветительную систему микроскопа входят источник света, серия линз, светофильтров и диафрагм. Источником света является электрическая лампа, включаемая в сеть через понижающий трансформатор. Схема хода лучшей представлена на схеме рис.2.

Рис. 2. Схема лучей в микроскопе МЕТАМ Р1.

1 – источник света; 2 – коллектор; 3 – теплофильтр; 4 – осветительная линза; 5 – диафрагма; 6 – полупрозрачная пластина; 7 – объектив; 8 – объект; 9 – линза; 10 – объектив; 11 – оптическая призма; 12 – призменный блок бинокулярной насадки.

Механическая система микроскопа включает макровинт, микровинт, предметный столик с двумя винтами, тубус, штатив и ряд других элементов.

2.3. Порядок работы на металлографическом микроскопе.

Работу на микроскопе рекомендуется проводить следующим обра­зом. В центр предметного столика 9 (рис.1) помещают образец, обращённый полированной поверхностью к объективу. Затем включают микроскоп в электросеть, устанавливая при этом необходимый накал лампы освещения. Затем плавным вращением макровинта 4 поднимают или опускают предметный столик, чем обеспечивают приблизительное фокусирование. При этом непрерывно ведут наблюдение в окуляры 6. Точное фокусирование проводят вращением микровинта 5. Перемещая предметный столик с помощью винтов 10, 11 в горизонтальной плос­кости в двух взаимно перпендикулярных направлениях, можно изучить различные участки микрошлифа. Регулируя диафрагму и светофильтры, устанавливают такие интенсивность и контрастность света, которые обеспечивают необходимое качество изображения при наименьшей утомляемости глаз.

Первоначально под микроскопом изучают нетравленый шлиф, затем — протравленный.

При изучении нетравленого шлифа можно обнаружить различные микродефекты, неметаллические включения (оксиды, сульфиды, сили­каты), а также выделения графита в чугунах. При отсутствии дефек­тов, рассматриваемый под микроскопом отполированный образец пред­ставляет белый блестящий круг, так как все точки рассматриваемой поверхности одинаково отражают падающий свет (рис.3,а). Выявлен­ные при микроанализе размеры включений, их форму, содержание и характер распределения в стали оценивают по баллам и делают вывод о пригодности материала для изготовления тех или иных деталей.

Изучение протравленного шлифа позволяет решать задачи при анализе микроструктурного строения металла или сплава.

В силу различной интенсивности взаимодействия реактива с зёрнами разного химического состава создаётся микрорельеф поверх­ности. Поэтому после травления одни участки представляют гладкие выступы, а другие — неровные впадины. Наиболее протравленные микроструктуры, граничные зоны зёрен при рассмотрении под микро­скопом выглядят тёмными в отличие от светлых непротравившихся (рис.3,б).

Рис. 3. Микрошлиф стали: а – до травления; б – после травления.

Микроанализ широко используется для определения размера зё­рен материала. Размер зерна — средний размер слу­чайных сечений зёрен в плоскости микрошлифа. Его определяют в соот­ветствии с ГОСТ 6539-75 следующими методами:

— визуального сравнения с эталонными шкалами;

— подсчёта числа пересечений границ зёрен отрезками шкалы;

— подсчёта количества зёрен, приходящихся на единицу площади поверхности;

— измерения длин хорд.

Измерить размер зерна металла или какого-либо микроскопичес­кого объекта можно с помощью окуляр — микрометра (окуляра, в который вставлена пластинка с линейкой). Прежде чем начать изме­рения, необходимо определить цену деления окуляр — микрометра при выбранном объективе. На предметный столик кладут объект — мик­рометр (эталонная пластинка, каждое из 100 делений шкалы которой соответствует 10-5 м). После фокусирования совмещают обе шкалы и определяют длину деления шкалы окуляр — микрометра (м). Зная цену деления и длину всей линейки окуляр — микрометра, при данном увеличении, можно измерить размер любого микрообъекта (зерна, диффузионного слоя, длины графитового включения).

Устройство металлографического микроскопа

В металлографическом микроскопе изображение получают путем отражения света от плоской поверхности микрошлифа (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Принципиальная оптическая схема металлографического микроскопа: 1 – источник света, 2 – конденсор, 3 – диафрагма, 4 – плоскопараллельная пластинка, 5 – объектив, 6 – микрошлиф, 7 – призма полного внутреннего отражения, 8 – окуляр, 9 – фотоокуляр, 10 – зеркало,

11 – фотопластинка, 12 – предметный столик

Конденсор 2 и диафрагма 3 служат для создания узкого параллель­ного пучка света. Плоскопараллельная пластинка 4 и призма пол­ного отражения 7 служат для изменения направления световых лу­чей. При фотографировании призму 7 выдвигают.

Увеличение создается двумя системами линз: объективом 5 и окуляром 8. Общее увеличение микроскопа равно: V = VобVок, где Vоб – увеличение объектива, Vок – увеличение окуляра.

Обычно объективы имеют увеличение от 3 до 90. Окуляры увеличивают отображение, создаваемое объективом. Основной ха­рактеристикой окуляра яв­ляется собственное увели­чение. У обычных окуляров собственное увеличение находится в пределах от 3 до 20.

Качество изображения зависит не только от тщательности приготовления микрошлифа, но и от используемой оптики. Четкость изображения зависит также от разрешающей способности микроскопа.

Под разрешающей способностью микроскопа понимают наименьшее расстояние между двумя точками, при котором они видны раздельно.

Разрешающую способность определяют по формуле

,

где l – длина волны видимого спектра; d – разрешаемое расстояние; n – показатель преломления, для воздуха n = 1, j – отверстный (апертурный) угол объектива.

Произведение А = n×sina называется апертурой.

При рассмотрении объектов через воздух ( n =1; А = 1; l = 0,4 мкм )

мкм.

Интервал увеличений, при котором две разрешаемые точки отчетливо воспринимаются глазом, называется полезным увеличением микроскопа. Максимальное полезное увеличение микроскопа (М) определяют по формуле

М = P/d,

где d – разрешаемое расстояние; P – наименьшее разрешаемое расстояние человеческого глаза (обычно P = 300 мкм).

Таким образом, М = 300/0,24 = 1250.

Различные увеличения при рациональных комбинациях объективов и окуляров микроскопа МИМ-7 приведены в табл. 3.2.

Повышение степени увеличения оптического микроскопа свыше 1500х для видимого света нецелесообразно, так как не приводит к выявлению новых деталей структуры.

Таблица 3.2

Дата добавления: 2015-09-18; просмотров: 1389;

Как работает микроскоп

Микроскоп является одним из наиболее важных изобретений человечества, который позволил углубиться в изучение окружающего нас мира. И это невероятное открытие сделал голландский ученый Антон Ван Левенгук. Именно он стал первопроходцем в микроскопии, направив несколько линз на воду и растения и обнаружив, что при определённой установке и порядке крепления линз можно увидеть совершенно новый, скрытый от невооруженного человеческого глаза мир.

Это открытие принесло ученому всемирную славу и признание. За всю свою жизнь он сделал более трёх сотен приборов. На то время они состояли из небольшой сферической линзы, которая имела диаметр примерно в пол сантиметра, предметный столик, который с помощью винта можно было приближать и отдалять от линзы. Штатива не предусматривалось, что было неудобно, так как прибор держали в руках.

Если посмотреть на это изобретение с точки зрения современной оптики, то находку голландского ученого скорее можно отнести к сильной лупе, так как оптическая часть данного прибора имеет только одну линзу.

Постепенно микроскопы эволюционировали и стали более сильными и совершенными. Теперь с их помощью можно рассматривать даже самые маленькие частички нашего мира, клетки, вирусы, бактерии.

В работе микроскопа присутствует тот же принцип, что и в телескопе-рефлекторе. В телескопе лучи света, когда проходят через стекло или стеклянную линзу, преломляются под определённым углом. Телескоп собирает параллельные лучи воедино в точку фокуса, откуда с помощью окуляра мы можем её видеть. Что касается микроскопа, то тут очень схожий принцип действия. Сперва расходящийся пучок света становится параллельным, после чего преломляется в окуляре, чтоб наблюдающий мог разглядеть картинку.

  1. Окуляр
  2. Тубус
  3. Держатель
  4. Винт грубой фокусировки
  5. Винт точной (микрометренной) фокусировки
  6. Револьверная головка
  7. Объектив
  8. Предметный столик
  1. Осветитель
  2. Ирисовая полевая диафрагма
  3. Зеркало
  4. Ирисовая апертурная диафрагма
  5. Конденсор
  6. Препарат
  7. Увеличенное действительное промежуточное изображение препарата, образуемое объективом
  8. Увеличенное мнимое окончательное изображение препарата, наблюдаемое в окуляре
  9. Объектив
  10. Окуляр

Функциональные составные микроскопа

Данное оборудование содержит в себе три главные составные части: осветительная, воспроизводящая и визуализирующая. Осветительная составная микроскопа необходима для того, чтоб воссоздавать поток света так, чтоб другие части прибора, как можно точнее делали свою работу. Осветительная часть оборудования для проходящего светового потока находится непосредственно за препаратом, если микроскоп прямой, а если микроскоп инвертированный, то перед объектом и поверх объектива.

Осветительная составная прибора содержит в себе источник освещения, который может быть представлен лампой, или же электрическим блоком питания, а также всевозможную механическую оптику, в которую входят: конденсоры, коллекторы, полевые и апертурные регулируемые и ирисовые диафрагмы.

Воспроизводящая составная микроскопа нужна для того, чтоб воспроизводить объект непосредственно в горизонтали картинки с необходимым для рассмотрения визуальными качествами и увеличением. Это значит, что воспроизводящая составная нужна для такого отображения картинки в окуляре, какое наиболее точно и детально показывает объект с определённым разрешением для оптики микроскопа передачей цвета и контрастности.

С помощью воспроизводящей части удаётся добиться первой ступени увеличения картинки и находится она за объектом до горизонтали изображения прибора. Воспроизводящие части прибора также имеют объективы, и промежуточные системы стационарной оптики.

Сегодня это оборудование работает с помощью специальных систем объективов и оптики, которые скорректированы на отметку бесконечности. Для этого в приборах используют тубусные системы, благодаря которым параллельные лучи света, выходящие через объектив, соединяются в плоскости картинки в микроскопе.

Визуализирующие составные прибора необходимы для того, чтоб получать настоящую картинку исследуемого предмета на сетчатке, пластине, пленке, на мониторе с большой второй степенью увеличения.

Визуализирующие части в микроскопе находится между камерой или сетчаткой глаза, а также горизонталью картинки объектива. Эти части содержат в себе визуальные насадки монокулярного, бинокулярного или тринокулярного типа со специальными системами наблюдения, которые представляет собой окуляры, работающие по принципу лупы.

Помимо этого, визуализирующая часть микроскопа также содержит в себе дополнительные увеличительные системы, всевозможные насадки для проекции, включая также и дискуссионные для нескольких исследователей. Также система включает в себя приспособления для рисования, проведения анализа, а также фиксирования картинки с определёнными согласующими частями.

Главные способы работы с микроскопом

Способ светлого поля при проходящих световых лучах применяется для того, чтоб изучить прозрачные объекты с различными неоднородными составляющими. Это могут быть срезы растительной и животной ткани, отдельные минералы, а также самые простые микроорганизмы в жидкости. Конденсор, а также источник света стоят боле низко, чем предметный стол. Картинку объекта формирует световой луч, который проходит сквозь прозрачную часть и поглощается составными частями с более плотной консистенцией. Если есть необходимость увеличить контрастность картинки, то могут добавляться красители, степень концентрации которых увеличивается с плотностью участка объекта.

Светлое поле в отражающемся световом луче необходимо для того, чтоб разглядеть непрозрачные объекты, и всевозможные объекты, из которых нет возможности взять образец для создания полупрозрачных препаратов. Свет на объект исследования проходит через верх, как правило, сквозь объектив, который в этом варианте ещё и служит своеобразным конденсором.

Способ темнопольный и косого освещения применяются для изучения объектов с чрезвычайно низкой контрастностью, таких как прозрачные живые клетки. Свет для изучения предмета подают не снизу, а сбоку, из-за чего появляются тени, благодаря которым становятся явными плотные части. Если освещение конденсора переместить так, чтоб его свет не попадал на объектив, а образец освещался лучами сбоку, можно увидеть белый объектив на черном фоне. Оба данных способа подходят исключительно для таких приборов, в которых можно относительно оси оптики менять расположение конденсора.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *