Шпаргалка по "Физике"

О. Оптич. линза- прозрач. тело, ограниченное 2 поверхн.(сферическими), или одной поверхностью и плоскостью, и по показателям преломления отличающимся от окруж. среды. О.Собирающие л.(+)- края тоньше, чем середина (двояковыпуклая, плосковыпуклая, вогнутовыпуклая).

О.Рассеивающая л.(-)-края толше, чем середина (двояковогнутая, плосковогнутая, выпукловогнутая).

 2. Тонкая линза. Формула тонкой линзы.

О. Тонкая л.-л., толщина которой мала по сравнению с радиусами кривизны сферич. поверхностей.

Формула т.л. ⁺-1/F=1/d⁺-1/f, перед 1/F став.  «-», если л. рассеив. перед 1/ f став. «-», если изобр. мнимое. d- S от пред. до л. f-S от л. до изобр.

О. Оптич. сила л. – величина обратная фокс. расстоянию. D=1/F (дптр) D>0 собирающая, D<0 рассеивающая. О. Линейное увеличение - отношение размера изображ. к размеру предмета. Г=h/H

3. Абберация линз

О. А. –искажения, возникающие при формировании изображения.

Условия, при к. нет аббераций:

-изобр. формируется узким световым пучком; -малый угол падения свет. лучей; -показатель преломления всех волн одинаков;

-в линзе отсутствует  дисперсия (О. Д. -зависимость скорости света (с) от длины волны).

Виды  аб: 1. Сферическая: заключается в том что периферические части линзы сильнее отклоняют лучи, идущие от точки S на оси, чем центральные, вследствие чего изображ. светящейся точки на экране Э имеет вид светлого пятна. Испр.: создают систему из вогнутой и выпуклой линз. 2. Хроматическая:  Фокусное расстояние линзы определяет показатель преломления, к. зависит от длины волны света. Поэтому пучок белого света, идущий параллельно гл. оптич. оси, будет фокусир. в разных её точках, разлагаясь в спектр, в результате кружок на экране окажется окрашенным. Испр.: создают ахроматич. оптич. системы из линз, к. изготавливаются из стекол с различ. дисперсией: ахроматы и апохроматы. 3. Дисторсия (подушко- и бочкообразные): возникает вследствие того, что лучи, посылаемые предметом в систему сост-ют большие углы с оптич. осью, при этом зависимость линейного увеличения от угла пучка приводит к нарушению подобия изображения и предмета. Испр.: подбираются с-мы из нескольких линз с положит. характером дисторсии. 4. Астигматизм: недостаток о.с., при к. сферическая световая волна проходя через о.с. деформируется и перестает быть сферической. - астигматизм косых пучков: падение на о.с. лучей  сост. значит. угол с оптич. осью. - ассиметрия оптич. системы.

4. ЦОС

О. ЦОС – это с-ма линз, центры к. лежат на одной прямой. Пр. микроскоп, фотоаппарат т др. Для центрированной оптической системы должны выполняться следующие условия:

1)все плоские поверхности  перпендикулярны оси; 

2) центры всех  сферических поверхностей принадлежат  оси;

3)все диафрагмы  круглые, центры всех диафрагм  принадлежат оси; 

4)все среды либо  однородны, либо распределение  показателя преломления симметрично  относительно оси;

Теория  идеальных ЦОС.

В идеальных ЦОС каждой точке или линии пространства предметов соот. только одна тока или линия пространства изображения. Соответст. пары точек или линий обоих пространств наз. сопряженными.

5. Понятие о кардинальных  точках.

Прежде всего, это два гл. фокуса F₁ и F₂ (передний и задний), т. е. точки, в к. пересекаются лучи, || гл. оси, после преломления в системе. В наиболее общем случае по обе стороны ЦОС могут быть среды с различными показателями преломления. В этом случае переднее и заднее фокусные расстояния ЦОС будут отличаться.

На гл. оси имеются две точки H₁ и H₂, называемые гл. точками. Плоскости, пр-щие через эти точки перпен. гл. оси, наз. гл. пл-тями. Они отличаются тем, что луч, падающий на одну плоскость в точке М на расстоянии h от главной оси, выходит из второй плоскости в точке М', расположенной на таком же расстоянии от оси. От гл. т. отсчитываются фокусные р-ния.

На гл. оси имеются две узлов. точки N₁ и N₂, через к. падающий и преломленный лучи проходят под одним и тем же углом α к гл. оси. Если по обе стороны оптической системы находится одинаковая среда, например воздух, то узловые точки совпадают с главными точками.  
 
 
 
 

14. Способы увеличения  разрешения микроскопа.

1.Использование света с меньшей длины волны. В связи с этим используют ультрафиолетовый микроскоп, в котором микрообъекты исследуются в ультрафиолетовых лучах, а изображение регистрируется при помощи фотопленки или люминесцентного экрана. В этом случае нужно сдвинуть окуляр так, чтобы А₁В₁ оказалось перед Fок и изображение стало действительным, т.е. его можно было зафиксировать на фотопленке.

2.Следует применять иммерсионную жидкость с большим показателем преломления среды n. В качестве иммерсии используют воду, кедровое масло и т.д.

3.Нужно увеличивать апертурный угол, например, используя короткофокусные объективы, т.е. линзы с большим увеличением.

16. Преломление и  отражение электромагнитной  волны.

Изучением волновых свойств света занимается волновая оптика. Предельным случаем волновой оптики является геом. оп. Геом. о. предст. собой раздел оптики, в к. изучаются законы распространения света на основе представления о световом луче. Световой луч рассматривается как геом. линия, направление к. определяет направление распрос-ния световой энергии. Световой луч является моделью пучка света. При падении свет. л. на границу раздела двух сред, луч частично отражается, частично преломляется. Отраж. л. св. возв-ся в исх. среду, сохраняя свою скорость распространения и частоту. Направление его движения при этом подчиняется з. отражения. Прелом. же луч движется в новой среде. При этом направление его движения и скорость расп-ния меняются. Явл. изменения направления движения светового луча при переходе через границу раздела двух сред называется преломлением света.

Введем обозначения:

Угол  падения α - угол между падающим лучом и перпендикуляром, восстановленным в точке падения луча.

Угол  отражения γ - угол между отраженным лучом и перпендикуляром, восстановленным в точке падения луча.

Угол преломления  β - угол между преломленным лучом и перпендикуляром, восстановленным в точке падения луча.

Закон отражения:1. Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. 2. Угол отражения равен углу падения:  <α=<γ.

Закон преломления:1.Падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. 2.Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления "есть величина постоянная для двух сред: sinα/sinβ=v₁/v₂=n, где v₁ - скорость света в первой среде, v₂- скорость света во второй среде, n - относительный показатель преломления.

17. Абсолютный и относительный  показатель преломления.

Физический  смысл относительного показателя преломления: он равен отношению скоростей света в средах, на границах между которыми происходит преломление.

Относительный показатель преломления можно выразить через  абсолютный показатели преломления  сред: n=n₂/n₁ , n₁=c/v₁ абсолютный показатель преломления первой среды, n₂=c/v₂ - абсолютный показатель преломления первой среды, c – скорость света в вакууме(3*10⁸м/с).

Тогда закон преломления  имеет вид:     sinα/sinβ= n₂/n₁

Физический  смысл абсолютного  показателя преломления: он показывает во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в данной среде.

Скорость света  в среде, а, следовательно, и абсолютный показатель преломления среды зависят  от физического состояния среды, от температуры, плотности среды, длины  волны света.

Среда с меньшим  показателем преломления называется оптически менее плотной средой, в ней скорость света больше. Среда с большим показателем преломления называется оптически более плотной средой.

18. Полное внутреннее  отражение света.

ЯПВО- явл, сост. в том, что световой луч, падающий на границу раздела двух сред полн. отражается, преломленный луч отсутствует. При этом не происходит потерь энергии, связанных с выносом энергии волнами, покидающими эту среду. Условия протекания ЯПВО: 1.Свет. луч проходит из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную, т.е. из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим показателем преломления. 2.Угол падения больше некоторого предельного угла преломления равен 90° .

Найдем^J предельный угол полного отражения из закона преломления:

sinα₀/sin90⁰= n₂/n₁, т.к.sin90⁰=1, то sinα₀= n₂/n₁, и α₀=arcsin(n₂/n₁)

ЯПВО используется в эндоскопии.

 31. Удельное вращение.

Удельное  вращение α называется величина, численно равная углу поворота плоскости поляризации слоем раствора единичной толщины и единичной концентрации. Удельное вращение характеризует природу вещества и обратно пропорционально квадрату длины волны используемого света и слабо зависит от  температуры. Для большинства веществ α уменьшается на 0,001 при повышении температуры на 1⁰. Теория вращения плоскости поляризации была разработана Френелем. Сущность ее сводится к следующему. Всякая плоскополяризованная волна может быть представлена как результат сложения двух волн, поляризованных по кругу, векторы Е которых вращаются с одной и той же угловой скоростью в противоположных направлениях.

32. Оптическая схема  поляриметра.

( L) линза. Естественный свет преобразует в пучок. Направляет его на светофильтр(F). Затем попадает в поляризатор(P). (H) кварцевая пластинка. (S) кювета с раствором. (А)анализатор.

33.  Метод измерения угла поворота плоскости поляризации.

Способ измерения  угла поворота плоскости поляризации  веществом заключается в следующем: сначала, при отсутствии оптически  активной среды, выставляются параллельно  друг другу плоскости поляризации  поляризатора  и анализатора ; при этом согласно закону Малюса интенсивность света на выходе из системы (и, следовательно, показания индикатора ) будет максимальной. Затем между поляризатором и анализатором помещается кювета , оптически активное вещество поворачивает плоскость поляризации света, падающего на анализатор, на некоторый угол Dj. Согласно закону Малюса, это приводит к снижению интенсивности света на выходе анализатора и соответствующему уменьшению показателей индикатора. Однако, если теперь анализатор повернуть на такой же угол Dj, то показания индикатора снова станут максимальными. Таким образом, настраивая положение анализатора на максимум до и после помещения кюветы  и сравнивая соответствующие показания угловой шкалы анализатора, можно измерить искомый угол Dj.

34. Поляриметры и  их применение  для исследования  вещества.

Прибор, состоящий  из поляризатора и анализатора , называется поляриметром. Поляриметры применяются в научных и технических исследованиях, а также в медицине. В частности они широко применяются для определения концентрации сахара в растворе. Поляриметры, применяемые для этой цели, называются сахариметрами. П. широко и эффективно применяются в первую очередь в поляриметрии для изучения структуры и свойств веществ, а также для других научных исследований и решения технических задач. Применяется в лабораториях пищевой, химической промышленности и других отраслях науки и производства для определения концентрации растворов оптически активных веществ, таких как сахар, глюкоза, белок.

Действие сахариметра  основано на законе Малюса и на явлении  вращения плоскости поляризации.

35.  Явление поглощения  свет веществом.

Поглощение  света - уменьшение интенсивности света при прохождении через вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии. Поглощение света связано с переходом электронов в поглощающих атомах, молекулах, ионах с более низких уровней энергии на более высокие. Обратный переход электронов в основное состояние может совершаться безызлучательно или с излучением фотона.

36. Интенсивность света.

Интенсивность света (плотность потока энергии волн) - это энергия, переносимая световой волной через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения волны в единицу времени. I=Ф/S [I=1 Вт/м²]

37. Поток света.

Поток энергии волн - энергия, переносимая волной через поверхность, перпендикулярную направлению распространения волны в единицу времени. Ф = dE/dt [Ф = 1 Вт].

38. Молярный коэффициент  поглощения.

Молярный коэффициент поглощения к - величина, обратная расстоянию, на котором монохроматический поток излучения длины волны ƛ, образующий параллельный пучок, ослабляется за счет поглощения в е раз). Коэффициент поглощения зависит от длины волны и рода вещества. 
 
 

Стенки глаза состоят  из 3х концентрически расположенных  оболочек: наружной, средней и внутренней. Наружная белковая оболочка – склера, в передней части глаза превращается в роговицу. Наружный покров роговицы переходит в конъюнктиву. К склере прилегает сосудистая оболочка, внутренняя поверхность которой выстлана слоем  темных пигментных клеток. В передней части глаза сосудистая оболочка переходит в радужную, в которой  имеется круглое отверстие –  зрачок. К зрачку примыкает хрусталик (подобие двояковыпуклой линзы). Между  роговицей и хрусталиком расположена  передняя камера глаза. Вся внутренняя часть глаза занята стекловидным телом. Зрительный нерв входит в глазное  яблоко через заднюю стенку, дальше он переходит в сетчатку. Сетчатка состоит из палочек (отвечают за сумеречное зрение) и колбочек (отвечают за цветное  зрение). В месте вхождения зрительного  нерва находится слепое пятно. В  середине сетчатки находится желтое пятно.

9. Оптическая система  глаза и её особенности.

Глаз может быть представлен как центрированная оптическая система, образованная роговицей, жидкостью передней камеры и хрусталиком, ограничена спереди воздушной средой, сзади – стекловидным телом. Главная  оптическая ось проходит через геометрические центры  роговицы, зрачка и хрусталика. Так же есть ещё и зрительная ось, которая проходит через центры хрусталика и желтого пятна. У человека около 120 миллионов палочек (для ночного зрения) и около 6 миллионов колбочек (для дневного зрения). Палочки чувствительны к низким уровням освещённости, но не разрешают цвета и не способны разрешать малые объекты. Аккомодация – способность глаза четко различать предметы располагающиеся между дальнейшей и ближайшей точками ясного виденья.  А. осуществляется посредством изменения оптической силы глаза при изменении кривизны  преломляющих поверхностей хрусталика.Предельный угол зрения – это мин угол, при кот. глаз воспринимает раздельно 2 светящ. точки. зависит от контраста предметов, их освещенности, длины волны.

10. Характеристики глаза:  острота зрения, контрастная  и спектральная  чувствительность  глаза.

Контрастная чувствительность глаза  -  способность глаза видеть объекты слабоотличающиеся по яркости от фона. Это свойство выражается законом Вебера Фехнера. dξ=k*(dl/I), где I- яркость фона, на котором глазом рассматривают световое пятно яркостью I+dI, dξ- зрительное ощущение при изменении яркости на dI.

Спектральная  чувствительность глаза – способность различать цвета. D = 1/F  D-оптическая сила глаза.

Острота зрения – разрешающая способность глаза.

11. Недостатки оптической  системы глаза  и их устранение.

В нормальном глазу  при отсутствии аккомодации задний фокус совпадает с сетчаткой  – такой глаз называют эмметропическим  и аметропическим, если это условие  не выполняется.

Близорукость  – изображение формируется перед сетчаткой. Для устранения недостатка исп-ют рассеивающую линзу. Расстояние норм. зрения d<25cm. Дальнозоркость - изображение формируется за сетчаткой. Необходима собирающая линза.

Расстояние наилучшего зрения d>25cm. Астигматизм – искривление роговицы. В этом случае лучи, проходящие в глаз, не сходятся в одной точке.

12. Построение изображений  для упрощенной  схемы микроскопа.

Микроскопия - это совокупность методов наблюдения в микроскоп мелких объектов и неразличимых человеческим глазом деталей их строения. Микроскоп - оптический прибор для получения сильно увеличенных изображений объектов (или деталей их структуры), невидимых вооруженным глазом. Возникновение изображения объекта в микроскопе в основных чертах можно описать в рамках геометрической оптики.

Эндоскопия - метод исследования полостных органов тела (например, желудка, пищевода, мочевого пузыря) при непосредственном осмотре их с помощью введения в них специальных инструментов - так называемых эндоскопов. В настоящее время широко используются гибкие эндоскопы, в которых для передачи изображения используются световоды, в основе действия которых лежит явление полного внутреннего отражения света.

20. Оптическая схема  рефрактометра.

1.Осветительная  призма, имеющая шероховатую поверхность, способна рассеивать падающий на нее свет во всех направлениях.

2.Измерительная призма имеет полированную поверхность, на ней и происходит явление полного внутреннего преломления света при его переходе из раствора в стекло измерительной призмы.

3.Компенсатор - система из трех склеенных призм с различными показателями преломления, компенсирует разложение света в спектр (явление дисперсии), обеспечивает четкость светотеневой границы. Дисперсия - зависимость показателя преломления вещества от длины волны, проходящего через него света. При освещении призм белым светом, который представляет собой совокупность волн различной длины, граница раздела становится размыта и окрашена в различные света (лучи различной длины преломляются по-разному). Этого окрашивания и позволяет избежать компенсатор. 4. Линза формирует поле зрения.

21. Определение показателя  преломления и  концентрации веществ  в прозрачных средах.При измерениях используется метод скользящего луча, в котором луч света 1 проходит через грань АВ осветительной призмы П1 и попадает на ее матовую поверхность АС, где рассеивается и, пройдя через слой жидкости, падает на грань DE измерительной призмы П2 под углами от 0° до 90° (0°≤α≤90°). Если показатель преломления исследуемого раствора (п_раст.) меньше показателя преломления материала призм (n_призм=1,74), то после преломления свет в призме П2 будет распространяться под углом β лежащем в интервале 0° < β < β_пред. Для лучей, скользящих вдоль грани DE, можно записать закон преломления в виде: sinα/sinβ= n_призм./n_раств.

угол преломления  будет предельным, если угол падения  на призму равен 90°,  sin90/sinβ= n_призм./n_раств, т.к. sin90=1, то 1/sinβ= n_призм./n_раств, sinβ= n_раств../n_призм., , n_раств.= n_призм.*β_пред. Если принять показатель преломления призмы равным n_призм=1,74, то n₂=1,74* sin β_пред. Заменив β_пред можно найдти показатель преломления жизкости.

Казалось бы, предельный угол преломления легко находится  по расположению границы между светом и тенью, образованной лучами, выходящими из измерительной призмы П2. Однако следует учитывать, что явление преломления происходит не в одной точке, а по всей поверхности DE. Значит, мы получим не один световой конус, а целую цепь световых конусов с плоским углом при вершине 2 β_пред, которые будут перекрывать друг друга, уничтожая светотеневую границу. Если на пути этих лучей поставить собирающую линзу, то параллельно идущие лучи после преломления на ней соберутся в одной точке, лежащей в фокальной плоскости линзы, где и сформируют изображение с резкой границей между светом и тенью. Положение этой границы будет зависеть от величины показателя преломления исследуемой жидкости. Поворотом призм компенсатора добиваются резкого изображения светотеневой границы.

22. Поляризация света.

Видимый свет пред. собой электромагнит. в. с опред. длиной волны. Опыты, в к. была открыта поляризация света, указывают на поперечность этих волн, поскольку св-ва продольной волны в пл-ти перпенд. направлению её распространения, различаться не могут. При распространении электромагнитной волны в ней совершают колебания вектор напряжённости электрич. поля Е и вектор магнитной индукции В. Эти векторы всегда взаимно перпендик. и лежат в пл-ти, перпендикулярной распространению в-ы. Если колебания вектора Е происходят в одной п-ти, то говорят, что свет плоскополяризован (или линейнополяризован), а саму эту плоскость называют пл-ю поляризации. Векторы Е и В могут вращаться относительно направления распространения света; в этом случае световая волна обладает сложной поляризацией (круговой или эллиптической). Поляризация света – процесс упорядочения колебаний вектора напряжённости электрич. поля световой волны при прохождении света сквозь некоторые в-ва (при преломлении) или при отражении светового потока. Поляризатор – в-во (или ус-во) служащее для преобразования естественного света в плоскополяризованный. Пл-ть поляризации – плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направление распространения этой волны.

39. Закон Бугера - Ламберта.

Основным законом, описывающим поглощение света, является закон Бугера. Этот закон был экспериментально установлен фр. физиком П Бугером (1729 г.) и впоследствии теоретически выведен нем. ученым И. Ламбертом (1760 г.) из простых соображений: однородные слои одного и того же вещества одинаковой толщины поглощают одну и ту же долю падающего на них светового потока -dФ/Ф ̴ dx. Введем коэффициент пропорциональности к. Тогда -dФ/Ф = kdx, проинтегрируем _Ф0^Фʃ dФ/Ф=-k* ₀^dʃdx, lnФ|_Ф0^Ф=-kx|₀^d , lnФ-lnФ₀=-k*d, lnФ/ Ф₀=e^-kd , т.к. Ф=I*S,  то

I=I₀* e^-kd закон Бугера-Ламберта, где Фо- падающий световой поток, Ф – поток света, прошедший через слой вещества толщиной d, к - коэффициент поглощения.

40. Закон Бэра.

Бер установил, что  для слабых растворов (при чем  свет поглощается только частицам растворенного  вещества, а растворитель практически  не поглощает) коэффициент поглощения пропорционален концентрации k_ƛ=X_ƛ*с, где X_ƛ молярный коэффициент поглощения, с - концентрация. Тогда I=I₀*e^{-dc Xƛ} закон Бера.

Границы применимости закона Бугера-Ламберта-Бера

1.Монохроматический  свет (одной длины волны).2.Слабые  растворы.

3.Растворитель не поглощает свет.

41. Оптическая система  фотоэлектроколориметра.

Схема одноканального фотоэлектроколориметра (ФЭК)

1- источник света  (лампа с непрерывным спектром  излучения), 2 -светофильтр (вырезает  из спектра свет с определенной  длиной волны: красный, зеленый,  синий и т.д.), 3 - кювета с растворителем  или раствором, 4 - оптические клинья (две треугольные призмы, способные  перемещаться друг относительно  друга, при этом меняется толщина  клиньев, а значит и их пропускание), 5- фотоэлемент (преобразует световую  энергию в электрическую, в  основе работы лежит явление внутреннего фотоэффекта - увеличение количества свободных носителей заряда в полупроводниках под действием света ), 6 - гальванометр (прибор для измерения силы тока).

42-43. Коэффициент пропускания. Оптическая плотность.

Пропускание (коэффициент  пропускания) Т=Ф/Ф₀-отношение световых потоков. 0<Т<1 Оптическая плотность D= k_ƛ*d, для слабых растворов D= dc X_ƛ Свойства оптической плотности и пропускания: D=lg1/T

1.Оптич. плотность  и пропускание зависят от длины  волны. Зависимости оптич. плотности , пропускания, коэффициента поглощения или молряного коэфф. От длины волны называют спектрами поглощения.

2. Оптическая плотность системы , сост. Из нескольких поглощающих сред , равна сумме оптических плотностей этих сред .D = D1 + D2.

3. Пропускание системы,  состоит из нескольких поглощающих  сред равно произведению пропускания  этих сред .Т= Т2*Т1

44. Концентрационная  колориметрия. Фотоэлектроколориметрия.

Фотоэлектроколориметрия - это метод исследования, предназначенный для определения оптических характеристик окрашенных растворов (оптической плотности и пропускания).

Так как коэффициент  поглощения, а, следовательно, и оптическая плотность пропорциональны концентрации для слабых растворов, то этот метод  используется для определения концентрации.

 Примеры применения фотоэлектроколориметра в биологии, медицине и фармации:

1.Измерение концентрации  окрашенных веществ, например, некоторых  витаминов и лекарств, в растворе.

2.Определение рН  среды по цвету добавленных в раствор рН-индикаторов.

3.Определение активности  ферментов по интенсивности окрашивания  раствора после добавления соответствующих  химических реагентов, дающих  окрашенные реакции с продуктами  ферментативной реакции (например, оценка активности АТФ-аз по скорости образования неорганического фосфата).

4.Оценка скорости  роста микроорганизмов по увеличению  оптической плотности культуральной  жидкости вследствие рассеяния  света на микроорганизмах. В  основе метода фотоэлектроколориметрии  лежит явление поглощения света.  

Увеличение  объектива Г_об = Д/f_0б , где Д - расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра,  f_0б - фокусное расстояние объектива. Увеличение окуляра, как и лупы, выражается формулой Г_ок = d_o/ f _ок, где f _ок - фокусное расстояние окуляра, взятое в миллиметрах, а d_o (250мм) - расстояние наилучшего видения. 

Г= Гок*Гоб=(Д*do)/(Fоб*Fок) Т.о., полное увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива на увеличение окуляра. Обычно объективы микроскопа имеют увеличение от 6,3 до 100, а окуляры - от 7 до 15 (их значение гравируются на оправах). Поэтому общее увеличение микроскопа лежит в пределах от 44 до 1500.Технически можно изготовить микроскопы и с большим общим увеличением, однако это не целесообразно .Основное' назначение микроскопа состоит в том, чтобы обеспечить различие как можно более мелких элементов структуры препарата, то есть в увеличении разрешающей способности микроскопа. Разрешающая способность микроскопа - способность микроскопа давать раздельные изображения мелких деталей рассматриваемого предмета.Предел разрешения микроскопа - минимальное расстояние между двумя точками предмета, когда они воспринимаются раздельно (как две точки). Чем меньше предел разрешения, тем выше разрешающая способность микроскопа.

Разрешающая способность  микроскопа ограничена волновыми свойствами света (его дифракцией). Согласно общей закономерности, наблюдая объект в каком-либо излучении с длиной волны ƛ, невозможно различить элементы объекта, разделенными расстояниями, намного меньшими, чем ƛ. Это закономерность проявляется и в микроскопе.

Согласно теории Аббе две точки объекта воспринимаются раздельно, если расстояние между ними не меньше предела разрешения микроскоскопа: z=(0,5* ƛ₀ )/( п* sin(u/2))

А = п* sin(u/2) - числовая апертура объектива (ее значение указывается на оправе объектива), n - показатель преломления среды, находящейся между объектом и объективом, u - апертурный угол (угол раствора светового пучка, исходящего из точки объекта и попадающего в объектив), ƛ₀- длина световой волны в вакууме.

Полезное  увеличение - это увеличение, при котором глаз наблюдателя различает все элементы структуры объекта, разрешаемые микроскопом.

     При этом должны выполняться  следующие условия:

1.Размер  предмета такой, что угол зрения 2' < а < 4', когда реализуется  разрешающая способность глаза  (при этом предел разрешения  глаза 140мкм < z'< 280мкм).

2.Даваемое  микроскопом изображение предмета  должно находиться на расстоянии  наилучшего зрения.

3.Наблюдение  следует проводить при хорошем  освещении в желто-зеленой области  спектра (ƛ₀ = 555нм), для которой глаз имеет максимальную спектральную чувствительность.

Г_полез=z’/z Полезное увеличение как величина есть отношение предела разрешения глаза к пределу разрешения микроскопа

С учетом формулы  для предела разрешения микроскопа: Г_полез=(z’/0,5* ƛ₀)*A. Подставим диапозон значения предела разрешения глаза на расстоянии наилучшего зрения и длину световой волны в вакууме. Произведя расчеты, получаем 500 • А< Г_покз < 1000 • А, где А – числовая апертура объектива

19. Предельный угол.

Если луч переходит  из оптически менее плотной среды  в оптически более плотную (n₁<n₂), то по мере возрастания угла падения от 0 до 90° угол преломления также увеличивается, достигая максимального значения - предельного угла преломления β₀ (при этом угол падения а=90°). Определим предельный угол преломления из закона преломления:

sinα/sinβ= n₂/n₁ , sin90⁰/sinβ= n₂/n₁, т.к. sin90⁰=1, то 1/sinβ= n₂/n₁, sinβ= n₁/n₂, β= arcsin(n₁/n₂₎

Существование предельного угла преломления означает, что при падении  луча из первой среды  во вторую, в последней  отсутствуют лучи, распространяющиеся под углами большими, чем предельный.

Рефрактометрия - метод исследования, предназначенный для измерения показателя преломления прозрачных растворов. В основе метода лежит явление преломления света (существование предельного угла преломления). Так как показатель преломления растворов пропорционален концентрации: n= n₀ + А* С , то этот метод используют для определения концентрации, например сахара, белков в сыворотке крови и т.д. (n₀- показатель преломления растворителя, С- концентрация растворенного вещества, А - коэффициент пропорциональности, характерный для данного растворенного вещества). Для измерения показателя преломления используют приборы - рефрактометры. 
 

23. Свет естественный  и поляризованный.

Свет, у которого направления колебаний вектора  Е упорядочены каким-то образом, называется поляризованным.

Естественный  свет - это смесь огромного числа цугов, каждый цуг поляризован, но направления векторов этих цугов различное. Поэтому естественный свет не поляризован, у него отсутствует какое-либо упорядочение направлений колебаний вектораЕ.

24. Виды поляризации  света.

Свет представляет собой электромагнитные волны, частота  колебаний которых находится  в видимом диапазоне. Свет, как  и любая другая электромагнитная волна, - поперечная волна.

Основным, или «световым», вектором, определяющим воздействие  света, является вектор напряженности  электрического поля E. Колебания E происходят в плоскости перпендикулярной направлению распространения световой волны. В зависимости от поведения E выделяют различные типы поляризации света. Для определения типа поляризации вектор E проектируют на плоскость перпендикулярную направлению распространения света. Если проекция вектора E осуществляет хаотические колебания во всех направлениях, свет называют естественным, или естественно (хаотически) поляризованным. Если колебания проекции вектора E происходят вдоль прямой, такая поляризация является линейной. Если конец проекции вектора E вращается по окружности – поляризация круговая (или циркулярная), по эллипсу -эллиптическая.

27. Закон Малюса.

Поставим на пути естественного света два поляроида, оси пропускания которых развернуты друг относительно друга на угол φ. Вектор E_I световой волны после первого поляроида будет параллелен PP. Этот поляроид называют поляризатором, т.к. после него естественный свет стал поляризованным. После второго поляроида останется лишь вектор E_II, параллельный P'P' его оси пропускания: E_II=E_Icos φ.Т.к. интенсивность света I ~ E², то, после второго поляроида интенсивность будет I=I₁cos² φ, где I_I - интенсивность перед вторым поляроидом. Если φ =0, направления пропускания совпадают и I= I₁, т.е. из анализатора выйдет свет той же интенсивности, что и упал. Если φ =90, направления пропускания скрещены и I=0, т.е. из анализатора свет не выходит.

28. Закон Брюстера.

Закон оптики, выражающий связь показателя преломления с таким углом, при котором свет, отражённый от границы раздела, будет полностью поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения, а преломлённый луч частично поляризуется в плоскости падения, причем поляризация преломленного луча достигает наибольшего значения. Легко установить, что в этом случае отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. Соответствующий угол называется углом Брюстера.

tg aБр = n

n — показатель преломления второй среды относительно первой

aБр — угол падения (угол Брюстера).

А означает это то, что при падении света на границу  раздела сред под некоторым углом "а" доля линейно поляризованного  света в отраженной волне зависит  от этого угла. И при некотором  угле "аБр" (определяемом этой формулой) отраженный свет оказывается полностью поляризованным (перпендикулярно плоскости падения). Величина "n" - относительный показатель преломления для пары сред, в которой происходит процесс.

29. Способы получения  поляризованного  света.

Существует несколько  способов получения и анализа  поляризованного света.   1. Поляризация при помощи поляроидов. Поляроиды представляют собой целлулоидные пленки с нанесенным на них тончайшим слоем кристалликов сернокислого нодхинина. Применение поляройдов является в настоящее время наиболее распространенным способом поляризации света. 2. Поляризация посредством отражения. Если естественный луч света падает на черную   полированную   поверхность,  то  отраженный   луч    оказывается частично поляризованным. В качестве поляризатора и анализатора может быть употреблено зеркальное или достаточно хорошо отполированное  обычное   оконное   стекло, зачерненное с одной стороны асфальтовым лаком. Степень поляризации тем больше, чем правильнее выдержан угол падения. Для стекла угол падения равен 57°. 3. Поляризация     посредством п р е л о м л е н и я. Световой луч   поляризуется не только при отражении, но и при преломлении. В этом случае в качестве поляризатора и анализатора используется стопка сложенных вместе 10—15 тонких стеклянных пластинок, расположенных к падающим на них световым лучам под углом в 57°. 
 

Измерение размеров микроскопических объектов с помощью  микроскопа. Для этого применяют окулярный микрометр – круглую стеклянную пластинку, на которой нанесена шкала с делениями. Микрометр устанавливают в плоскости изображения, получаемого объектива. При рассматривании в окуляр изображения объекта и шкалы сливаются и можно отсчитать, какое расстояние по шкале соответствует измеряемой величине. Рассматривая объектный микрометр как предмет, совмещают в одном поле зрения две шкалы – объектную и окулярную – и определяют цену деления окулярного микрометра.  При вращении винта перемещается перекрестие, что позволяет отсчитывать доли делений микрометра. Окулярно-винтовой микрометр нуждается в предварительное градуировке.

Микропроекция и микрофотография. Формирование микроскопического изображение происходит с участие человека и завершается образованием действительного изображения в глазу. Обычный микроскоп не создает действительного изображения, однако фотографирования и проекции микроскопического изображения на экран должно быть получено действительное изображение. Для этого изображение, даваемое объективом, надо расположить дальше фокусного расстояния окуляра.

Ультрамикроскопия. Метод обнаружения частиц, размеры которых лежат за пределами разрешения микроскопа. Микроскопы, работающие по этому методу, называют ультрамикроскопами. В них осуществляют боковое освещение, благодаря чему субмикроскопические частицы видны как светлые точки на темном фоне, строение частиц увидеть нельзя.

 МФК Метод связан с изменением условий освещения при наблюдении    слабоконтрастных биологических объектов (микроорганизмов, растительных клеток) в неокрашенном состоянии с целью их визуализации (контрастирования). Метод фазового контраста позволяет увидеть элементы внутренней структуры рассматриваемого прозрачного объекта. Устройство дает возможность преобразовывать фазовые изменения световых волн, проходящих через объект, в амплитудные, в результате чего прозрачные микроорганизмы становятся видимыми.

В зависимости от размера фазовых колец и способа  их получения различают: 1.положительный фазовый контраст, когда фазовое кольцо в объективе технологически получается путем травления, что вносит «опережение» в прямо прошедший свет, при этом изображение объекта с показателем преломления большим, чем у среды, получается темнее на более светлом фоне; 2.отрицательный фазовый контраст (аноптральный или темнопольный фазовый контраст), когда фазовое кольцо в объективе технологически получается путем нанесения на поверхность стекла тонкой пленки, что вносит «запаздывание» в прямо прошедший свет, при этом изображение объекта с показателем преломления большим, чем у среды, выглядит светлее окружающего темного фона.

Поляризационная микроскопия – это метод наблюдения в поляризованном свете для микроскопического исследования препаратов, включающих оптически анизотропные элементы (или целиком состоящих из таких элементов). Таковыми являются многие минералы, зёрна в шлифах сплавов, некоторые животные и растительные ткани и пр. Оптические свойства анизотропных микрообъектов различны в различных направлениях и проявляются по-разному в зависимости от ориентации этих объектов относительно направления наблюдения и плоскости поляризации света, падающего на них. Наблюдение можно проводить как в проходящем, так и в отражённом свете. Свет, излучаемый осветителем, пропускают через поляризатор. Сообщенная ему при этом поляризация меняется при последующем прохождении света через препарат (или отражении от него). Эти изменения изучаются с помощью анализатора и различных оптических компенсаторов. Анализируя такие изменения, можно судить об основных оптических характеристиках анизотропных микрообъектов: силе двойного лучепреломления, количестве оптических осей и их ориентации, вращении плоскости поляризации, дихроизме.

Люминесцентная  микроскопия основана на способности некоторых объектов и красителей светиться при освещении их УФ лучами, синими или другими коротковолновыми лучами света. Различают собственную (первичную) люминесценцию и наведенную (вторичную).

Люм. мик-пы — обычные м., к. снабжены источником ультрафиолетового света и набором светофильтров. Светофильтры необходимы: 1) для выделения кортиковолновой части спектра, которая и возбуждает люминесценцию, и, 2)для отсечения уже прошедшего через объект возбуждающего ответа. Первый фильтр помещают перед источником света, а второй — в окуляре микроскопа. Расположенный в окуляре светофильтр пропускает только люминесцентное свечение препарата.  
При-ние пре-та для люм. м. не: па предметном стекле каплю исслед. ма-ла смешивают с каплей раствора флюорохрома и покрывают покровным стеклом.

25-26. Вращение плоскости  поляризации. Угол поворота плоскости

Естественное  вращение. Некоторые вещества, называемые оптически активными, обладают способностью вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через них плоскополяризованного света. К числу таких веществ принадлежат кристаллические тела (например, кварц, киноварь), чистые жидкости (скипидар, никотин) и растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях (водные растворы сахара, винной кислоты и др.).

Кристаллические вещества сильнее всего вращают плоскость  поляризации в случае, когда свет распространяется вдоль оптической оси кристалла. Угол поворота φ пропорционален пути l, пройденному лучом в кристалле:

φ=αl

Коэффициент α называют постоянной вращения. Эта постоянная зависит от длины волны (дисперсия вращательной способности).

В растворах угол поворота плоскости поляризации  пропорционален пути света в растворе l и концентрации активного вещества c:

φ=[α]cl

Здесь [α] – величина, называемая удельной постоянной вращения.

В зависимости от направления вращения плоскости  поляризации оптически активные вещества подразделяются на право- и левовращающие. Направление вращения (относительно луча) не зависит от направления луча. Поэтому, если луч, прошедший через оптически активный кристалл вдоль оптической оси, отразить зеркалом и заставить пройти через кристалл еще раз в обратном направлении, то восстанавливается первоначальное положение плоскости поляризации.

Все оптически активные вещества существуют в двух разновидностях – правовращающей и левовращающей. Существуют правовращающий и левовращающий кварц, право- и левовращающий сахар и т. д. Молекулы или кристаллы одной разновидности являются зеркальным отражением молекул или кристаллов другой разновидности. Если между двумя скрещивающимися поляризаторами поместить оптически активное вещество (кристалл кварца, прозрачную кювету с раствором сахара и т. п.), то поле зрения просветляется. Чтобы снова получить темноту, нужно повернуть один из поляризаторов на угол φ, определяемый выражением φ=αl

 или φ=[α]cl. В случае раствора, зная удельную постоянную вращения [α] данного вещества и длину l, можно, измерив угол поворота φ, определить по формуле φ=[α]cl  концентрацию раствора с. Такой способ определения концентрации применяется в медицине.

Магнитное вращение плоскости  поляризации. Оптически неактивные вещества приобретают способность вращать плоскость поляризации под действием магнитного поля. Это явление было обнаружено Фарадеем и поэтому называется иногда эффектом Фарадея. Оно наблюдается только при распространении света вдоль направления намагниченности. Поэтому для наблюдения эффекта Фарадея в полюсных наконечниках электромагнита просверливают отверстия, через которые пропускается световой луч. Исследуемое вещество помещается между полюсами электромагнита. Угол поворота плоскости поляризации φ пропорционален пути l, проходимому светом в веществе, и намагниченности вещества. Намагниченность в свою очередь пропорциональна напряженности магнитного поля H. Поэтому можно написать φ = VlH.

Коэффициент V называется постоянной Верде или удельным магнитным вращением. Постоянная V, как и постоянная вращения α, зависят от длины волны.Направление вращения определяется направлением магнитного поля. От направления луча знак вращения не зависит. Поэтому, если, отразив луч зеркалом, заставить его пройти через намагниченное вещество еще раз в обратном направлении, поворот плоскости поляризации удвоится.

Магнитное вращение плоскости поляризации обусловлено  возникающей под действием магнитного поля прецессией электронных орбит.

Оптически активные вещества под действием магнитного поля приобретают дополнительную способность  вращать плоскость поляризации, которая складывается с их естественной способностью.

30.  Оптически-активные  вещества.

Н-ые вещества, называемые ОА, обладают способностью вызывать вращ. п-ти поляризации проходящего через них плоскополяризованного света. ПР.: кристаллические тела (например, кварц, киноварь), чистые жидкости (скипидар, никотин) и растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях (водные растворы сахара, винной кислоты и др.).

В з-сти от направления вращ. пл-ти поляризац. ОАВподразделяются на право- и левовращающие. Направление вращ. (относительно луча) не зависит от направ. луча. Поэтому, если луч, прошедший через ОА кристалл вдоль оптической оси, отразить зеркалом и заставить пройти через кристалл еще раз в обрат. н-нии, то восстанавливается первонач. положение п-ти поляриз.. Все ОАВ существуют в 2 разн-ях – правовращающей и левовращающей. Существуют п.вращ. и л.вращ. кварц, п- и л.вращ. сахар и т. д. Молекулы или кристаллы одной разновидности явл. зеркальным отраж. м. или кр. др. раз-сти.