Микроскоп – это устройство, предназначенное для увеличения изображения объектов изучения для просмотра скрытых для невооруженного глаза деталей их структуры. Прибор обеспечивает увеличение в десятки или тысячи раз, что позволяет проводить исследования, которые невозможно получить используя любое другое оборудование или приспособление.

Микроскопы широко применяются в медицине и лабораторных исследованиях. С их помощью проводится инициализация опасных микроорганизмов и вирусов с целью определения метода лечения. Микроскоп является незаменимым и постоянно совершенствуется. Впервые подобие микроскопа было создано в 1538 году итальянским врачом Джироламо Фракасторо, который решил установить последовательно две оптические линзы, подобные тем, что используются в очках, биноклях, подзорных трубах и лупах. Над усовершенствованием микроскопа трудился Галилео Галилей, а также десятки всемирно известных ученых.

Устройство

Существует много разновидностей микроскопов, которые отличаются между собой по устройству. Большинство моделей объединяет похожая конструкция, но с небольшими техническими особенностями.

В подавляющем большинстве случаев микроскопы состоят из стойки, на которой закрепляется 4 главных элемента:

  • Объектив.
  • Окуляр.
  • Осветительная система.
  • Предметный столик.
Объектив

Объектив представляет собой сложную оптическую систему, которая состоит из идущих друг за другом стеклянных линз. Объективы сделаны в виде трубок, внутри которых могут быть закреплены до 14 линз. Каждая из них увеличивает изображение, снимая его с поверхности впереди стоящей линзы. Таким образом, если одна увеличит предмет в 2 раза, следующая сделает увеличение данной проекции еще больше и так до тех пор, пока предмет не отобразится на поверхности последний линзы.

Каждая линза имеет свое расстояние для фокусировки. В связи с этим они намертво закреплены в тубусе. Если любая из них будет передвинута ближе или дальше, получить отчетливое увеличение изображения не удастся. В зависимости от особенностей линзы, длина тубуса, в котором заключен объектив, может отличаться. Фактически, чем он выше, тем более увеличенным будет изображение.

Окуляр

Окуляр микроскопа также состоит из линз. Он предназначен для того чтобы оператор, который работает с микроскопом, мог приложить к нему глаз и увидеть увеличенное изображение на объективе. В окуляре имеются две линзы. Первая располагается ближе к глазу и называется глазной, а вторая полевой. С помощью последней осуществляется регулировка увеличенного объективом изображения для его правильной проекции на сетчатку глаза человека. Это необходимо для того, чтобы путем регулировки убрать дефекты восприятия зрения, поскольку у каждого человека фокусировка осуществляется на разном расстоянии. Полевая линза позволяет подстроить микроскоп под данную особенность.

Осветительная система

Чтобы рассмотреть изучаемый предмет необходимо его осветить, поскольку объектив закрывает естественный свет. В результате смотря в окуляр всегда можно видеть только черное или серое изображение. Специально для этого была разработана осветительная система. Она может быть выполнена в виде лампы, светодиода или другого источника света. У самых простых моделей осуществляется прием световых лучей из внешнего источника. Они направляются на предмет изучения с помощью зеркал.

Предметный столик

Последней важной и самой простой в изготовлении деталью микроскопа является предметный столик. На него направлен объектив, поскольку именно на нем закрепляется предмет для изучения. Столик имеет плоскую поверхность, что позволяет фиксировать объект без опаски, что он сдвинется. Даже минимальное передвижение объекта исследований под увеличением будет огромным, поэтому найти изначальную точку, которая исследовалась, заново будет непросто.

Типы микроскопов

За огромную историю существования данного прибора, было разработано несколько значительно отличающихся между собой по принципу действия микроскопов.

Среди самых часто используемых и востребованных типов этого оборудования выделяют такие виды:

  • Оптические.
  • Электронные.
  • Сканирующие зондовые.
  • Рентгеновские.
Оптические

Оптический микроскоп является самым бюджетным и простым устройством. Данное оборудование позволяет провести увеличение изображения в 2000 раз. Это довольно большой показатель, который позволяет изучать строение клеток, поверхность ткани, находить дефекты на искусственно созданных предметах и пр. Стоит отметить, что для достижения столь большого увеличения устройство должно быть очень качественно выполненным, поэтому стоит дорого. Подавляющее большинство оптических микроскопов сделано значительно проще и имеют сравнительно небольшое увеличение. Учебные типы микроскопов представлены именно оптическими. Это обусловлено их меньшей стоимостью, а также не слишком большой кратностью увеличения.

Обычно оптический микроскоп имеет несколько объективов, которые закрепляются на стойке подвижными. Каждый из них имеет свою степень увеличения. Рассматривая предмет можно передвинуть объектив в рабочее положение и изучить его под определенной кратностью. При желании еще больше приблизить изображение, нужно просто перейти на еще более увеличивающий объектив. Данные устройства не имеют сверхточной регулировки. К примеру, если необходимо лишь немного приблизить изображение, то перейдя на другой объектив, можно его приблизить в десятки раз, что будет чрезмерно и не позволит правильно воспринять увеличенную картинку и избежать ненужных деталей.

Электронный микроскоп

Электронный является более совершенной конструкцией. Он обеспечивает увеличение изображения как минимум в 20000 раз. Максимальное увеличение подобного прибора возможно в 10 6 раз. Особенность этого оборудования заключается в том, что вместо луча света как у оптических, у них направляется пучок электронов. Получение изображения осуществляется благодаря применению специальных магнитных линз, которые реагируют на движение электронов в колоне прибора. Регулировка направленности пучка осуществляется с помощью . Данные устройства появились в 1931 году. В начале 2000-х годов начали совмещать компьютерное оборудование и электронные микроскопы, что значительно повысило кратность увеличения, диапазон настройки и позволило запечатлеть получаемое изображение.

Электронные устройства при всех своих достоинствах имеют большую цену, и требуют особенных условий для работы. Чтобы получать качественное четкое изображение необходимо, чтобы предмет изучения находился в вакууме. Это связано с тем, что молекулы воздуха рассеивают электроны, что нарушает четкость изображения и не позволяет проводить точную регулировку. В связи с этим данное оборудование применяют в лабораторных условиях. Также важным требованием для использования электронных микроскопов является отсутствие внешних магнитных полей. В связи с этим лаборатории, в которых их используют, имеют очень толстые изолированные стены или находятся в подземных бункерах.

Подобное оборудование используется в медицине, биологии, а также в различных отраслях промышленности.

Сканирующие зондовые микроскопы

Сканирующий зондовый микроскоп позволяет получать изображение с объекта путем его исследования с помощью специального зонда. В результате получается трехмерное изображение, с точными данными характеристики объектов. Данное оборудование имеет высокое разрешение. Это сравнительно новое оборудование, которое создали несколько десятков лет назад. Вместо объектива у данных приборов имеется зонд и система его перемещения. Получаемое из него изображение регистрируется сложной системой и записывается, после чего создается топографическая картина увеличенных объектов. Зонд оснащается чувствительными сенсорами, которые реагируют на движение электронов. Также встречаются зонды, которые работают по оптическому типу путем увеличения благодаря установке линз.

Часто зонды применяют для получения данных о поверхности предметов со сложным рельефом. Зачастую их опускают в трубу, отверстия, а также мелкие тоннели. Единственным условием является соответствие диаметра зонда диаметру объекта изучения.

Для данного метода характерна значительная погрешность измерения, поскольку получаемая в результате 3D картина сложно поддается расшифровке. Присутствует много деталей, которые искажаются компьютером при обработке. Первоначальные данные обрабатываются математическим способом с помощью специализированного программного обеспечения.

Рентгеновские микроскопы

Рентгеновский микроскоп относится к лабораторному оборудованию, применяемому для изучения объектов, размеры которых сопоставимы с длиной рентгеновской волны. Эффективность увеличения данного устройства находится между оптическими и электронными приборами. На изучаемый объект отправляются рентгеновские лучи, после чего чувствительные датчики реагируют на их преломление. В результате создается картинка поверхности изучаемого объекта. Благодаря тому, что рентгеновские лучи могут проходить сквозь поверхность предмета, подобное оборудование позволяет не только получить данные о структуре объекта, но и его химическом составе.

Рентгеновское оборудование обычно используется для оценки качества тонких покрытий. Его используют в биологии и ботанике, а также для анализа порошковых смесей и металлов.

Введение
Разве кого-то из школьников не интересует устройство всего живого на Земле? Мы постоянно задаем сложнейшие вопросы папам, мамам и учителям в школе. Меня всегда интересует, как устроены предметы, мне интересны эксперименты, я люблю делать открытия, узнавать что-то новое.
Однажды я увидела в одном из мультфильмов микроскоп, там очень интересно рассказывали об его устройстве. Мне тут же захотелось проверить, как он работает и что в него можно разглядеть. К тому же, мне подарили этот замечательный прибор на Новый год!

Цель моего исследования: исследовать возможности микроскопа, его применение в разных профессиях. Создать микроскоп своими руками.

Задачи исследования:
1. Узнать историю создания микроскопа.
2. Узнать, из чего состоят микроскопы, и какими могут они быть.
3. Провести опыты с элементами исследования.

Объектом исследования является изучение микроскопа, а предметом - его возможности.

В данной работе были использован метод наблюдения, изучения специальной литературы: словаря, энциклопедии, эксперимент, просмотр телепередачи, беседа со взрослыми.

Микроскоп
Что такое микроскоп
Микроскоп (от греч. — малый и смотрю) — оптический прибор для получения увеличенных изображений объектов, невидимых невооружённым глазом.
Микроскоп можно назвать прибором, открывающим тайны. Увлекательное это занятие — рассматривать что-либо в микроскоп.

История появления микроскопа
И кто же придумал это чудо — микроскоп? В 16 веке в Голландии жил мастер по изготовлению очков для людей со слабым зрением. Он делал очки и продавал их всем, кто в этом нуждался. Было у него двое детей — два мальчика. Они очень любили забираться в мастерскую отца и играть его инструментами и стеклами. И вот однажды, когда отец куда-то отлучился, ребята пробрались по обыкновению к его рабочему столу. На столе лежали стекла, приготовленные для очков, а в углу валялась короткая медная трубка: из нее мастер собирался вырезать кольца — оправу для очков. Ребята втиснули в концы трубки по очковому стеклу. Старший мальчик приставил к глазу трубку и посмотрел на страницу развернутой книги, которая лежала здесь же на столе. К его удивлению, буквы стали огромными. В трубку посмотрел младший и закричал, пораженный: он увидел запятую, но какую запятую — она была похожа на толстого червяка! Ребята навели трубку на стеклянную пыль и увидели не пыль, а кучку стеклянных зернышек. Трубка оказалась прямо волшебной: она сильно увеличивала все предметы. О своем открытии ребята рассказали отцу. Тот даже не стал ругать их: так был он удивлен необычной трубкой. Он попробовал сделать другую трубку с такими же стеклами, длинную и раздвижную. Новая трубка увеличивала еще лучше. Это и был первый микроскоп.
Микроскопы в разные года выглядели по-разному, но с каждым годом становились всё сложнее, и у них стало появляться много деталей.

Со временем другие мастера тоже стали пробовать изобретать микроскопы.
Первый крупный сложный микроскоп сделал английский физик Роберт Гук в 17 веке.
Вот так выглядели микроскопы в 18 веке. В 18 веке было много путешественников. И им нужно было иметь дорожный микроскоп, который бы умещался в сумке или кармане пиджака. В первой половине XVIII в. Часто использовали "карманный" микроскоп, сконструированный английским оптиком Дж. Вильсоном.

Как устроен микроскоп
Изучив специальную литературу: энциклопедии, словарь, посмотрев познавательную телепередачу, презентацию, наблюдая за самим прибором могу сказать из чего состоит микроскоп?
Все микроскопы состоят из следующих деталей:

Часть микроскопа Для чего нужна
окуляр увеличивает изображение, которое получено от объектива
объектив обеспечивает увеличение мелкого предмета
тубус зрительная трубка, соединяет объектив и окуляр
винт настройки поднимает и опускает тубус, позволяет приближать и отдалять предмет исследования
предметный столик на нём размещается предмет рассмотрения
зеркало помогает направлять свет в отверстии на предметном столике.
В этом чудесном приборе нет не нужных деталей. Каждая деталька очень важна.
Есть ещё подсветка и зажимы.

Виды микроскопов
Ещё я узнала, какие могут быть микроскопы. В современном мире все микроскопы можно разделить:
1) Учебные микроскопы. Их называют еще школьные или детские.
Учебные или детские микроскопы являются самыми простыми в строении и использовании. Основная задача такого микроскопа-научить ребенка пользоваться микроскопом и заинтересовать его эти направлением науки.

2) Цифровые микроскопы. Основная задача цифрового микроскопа- не просто показать объект в увеличенном виде, но и сделать фотографию или снять видеоролик. Цифровой микроскоп - это интерактивное оборудование, состоящего из самого микроскопа и цифровой камеры.
При работе с цифровым микроскопом можно во много раз увеличить изображение исследуемого объекта, передать полученные данные в компьютер, показать их другим с помощью проектора, сохранить результаты исследования для дальнейшего использования.

3) Лабораторные микроскопы. Главной задачей лабораторного микроскопа являются проведение конкретных исследований в различных областях науки, промышленности, медицине. Лабораторный микроскоп - это уже профессиональный оптический прибор, с помощью которого производятся многие научные исследования и делаются научные открытия.

4) Рентгеновский микроскоп — прибор, исследующий микроскопическую структуру и строение объекта при использовании рентгеновского излучения. Рентгеновский микроскоп имеет большие возможности.

Эксперименты.
Эксперимент № 1 по созданию микроскопа своими руками.
Когда мы искали сведения об истории микроскопа, то на одном из сайтов узнали, что можно сделать свой микроскоп из капли воды. Вместе с микроскопом мне подарили альбом для проведения экспериментов «Юный химик». И тогда я решила попробовать провести эксперимент по созданию такого микроскопа. Из капли воды можно сделать маленький микроскоп. Капля воды мне будет служит линзой (увеличительной лупой).
Для этого нужно взять плотную бумагу, проколоть в ней толстой иглой дырочку и на нее аккуратно посадить каплю воды. Микроскоп готов! Поднесите эту капельку к газете - буквы увеличились. Чем меньше капля, тем больше увеличение. В первом микроскопе, изобретенном Левенгуком, все было сделано именно так, только капелька была стеклянная.
Начиная работу над изобретением своего микроскопа мне потребовалась помощь взрослого-мамы. Она предложила немного изменить способ изобретения прибора. Для работы нам понадобились:
1. Коробка из-под конфет с прозрачными декоративными вставками.
2. Баночка с водой.
3. Пипетка.
4. Лист бумаги с текстом.
Когда мы всё это собрали, то приступили к созданию модели микроскопа.
1 шаг: для эксперимента я взяла баночку с водой.
2 шаг: с помощью ножниц я отрезал от коробки верхнюю часть, в которой были прозрачные вставки из плотной пленки, которые в дальнейшем будут зеркалом.
3 шаг: на прозрачную пленку с помощью пипетки нанесла каплю воды
4 шаг: посмотрела на текст поддерживая заготовку над листочком с текстом и увидела, что буквы увеличиваются, если смотреть на них через каплю воды. Вот что получилось:

Эксперимент №2. Проведение опыта с использованием учебного микроскопа.
Не так давно нам задали очень интересное домашнее задание по окружающему миру. Нужно было провести опыт со снегом. Понаблюдать, что с ним происходит при комнатной температуре и выяснить какой он снег: чистый или грязный.
Для эксперимента мне понадобились:
1. Стакан со снегом
2. 2 колбы
3. Воронка с фильтром (ватный диск)
4. Пипетка
5. Учебный микроскоп
Когда мы всё это собрали, то приступили к эксперименту.
1 шаг: для эксперимента я взяла стакан, набрала в него снег.
2 шаг: поставила стакан со снегом на стол, записала время. На часах было 19:45
3 шаг: когда на часах было 20:45 снег полностью растаял и превратился в воду.
4 шаг: для того, чтобы узнать чистый ли был снег я взяла воронку и ватный диск, который служил фильтром.
5 шаг: из одной колбы с помощью воронки перелила талую воду в другую колбу
6 шаг: достала из воронки фильтр и положила под микроскоп.
Мое исследование показало, что на фильтре остались частицы грязи, вода прошла очистку через ватный диск. Значит снег только кажется белым и чистым, а в самом деле содержит в себе грязные вещества и микробы.
7 шаг: при помощи пипетки взяла образец очищенной воды на анализ и увидела, что она почти чистая.

Заключение
Итак, мне удалось:

  1. Исследовать возможности микроскопа, его применение в разных профессиях.
  2. Создать микроскоп своими руками.
  3. Узнать историю создания микроскопа.
  4. Узнать, из чего состоят микроскопы, и какими могут они быть.
  5. Провести эксперименты с элементами исследования.
  6. Создать свой микроскоп дома из подручных средств с помощью капли воды!

Глаз человека устроен таким образом, что не способен отчетливо разглядеть предмет и его детали, если его размеры меньше, чем 0,1 мм. А ведь в природе существуют различные микроорганизмы, клетки как растительных, так и животных тканей и множество других объектов, размеры которых значительно меньше. Чтобы видеть, наблюдать и изучать подобные объекты, человек пользуется специальным оптическим прибором, названным микроскопом , который позволяет во много сотен раз увеличить изображение предметов, не видимых человеческим глазом. Само название прибора, состоящее из двух греческих слов: малый и смотрю, говорит о его назначении. Так, оптический микроскоп способен увеличить изображение объекта в 2000 раз. Если же изучаемый объект, например вирус, слишком мал и для его увеличения оптического микроскопа недостаточно, современная наука использует электронный микроскоп, который позволяет увеличить наблюдаемый объект в 20000-40000 раз.

Изобретение микроскопа связано в первую очередь с развитием оптики. Увеличительная способность изогнутых поверхностей была известна еще 300 лет до н. э. Евклиду и Птоломею (127-151 г.), однако эти оптические свойства не нашли тогда применения. Лишь в 1285 году итальянцем Сальвинио дели Арлеати были изобретены первые очки. Имеются сведения, что первый прибор типа микроскопа был создан в Нидерландах З. Янсеном около 1590 года. Взяв две выпуклые линзы, он смонтировал их внутри одной трубки, за счет выдвижного тубуса достигалась фокусировка на изучаемом объекте. Прибор давал десятикратное увеличение предмета, что было настоящим достижением в области микроскопии. Янсен изготовил несколько таких микроскопов, значительно совершенствуя каждый последующий прибор.

В 1646 году было опубликовано сочинение А. Кирхера, в котором он описал изобретение века — простейший микроскоп, получивший название «блошиного стекла». Лупу вставляли в медную основу, на которой крепился предметный столик. Изучаемый объект помещали на столик, под которым было вогнутое или плоское зеркало, отражавшее солнечные лучи на объект и освещавшее его снизу. Лупу передвигали с помощью винта, пока изображение предмета не становилось отчетливым.

Сложные микроскопы, созданные из двух линз, появились в начале 17 века. Многие факты свидетельствуют о том, что изобретателем сложного микроскопа был голландец К. Дребель, состоявший на службе у короля Англии Иакова I. Микроскоп Дребеля имел два стекла, одно (объектив) было обращено к изучаемому предмету, другое (окуляр) — обращено к глазу наблюдателя. В 1633 году английский физик Р. Гук усовершенствовал микроскоп Дребеля, дополнив его третьей линзой, названной коллективом. Такой микроскоп получил большую популярность, по его схеме изготавливалось большинство микроскопов конца 17-го и начала 18-го веков. Рассматривая под микроскопом тонкие срезы животных и растительных тканей, Гук открыл клеточное строение организмов.

А в 1673—1677 годах голландский естествоиспытатель А. Левенгук с помощью микроскопа открыл не известный ранее огромный мир микроорганизмов. На протяжении многих лет Левенгук изготовил около 400 простейших микроскопов, представлявших собой маленькие двояковыпуклые линзы, диаметр некоторых из них был меньше 1 мм, полученных из стеклянного шарика. Сам шарик шлифовался на простейшем шлифовальном станке. Один из таких микроскопов, дающий 300-кратное увеличение, хранится в Утрехте в университетском музее. Исследуя все, что попадалось на глаза, Левенгук делал одно за другим великие открытия. Кстати, создатель телескопа Галилей, совершенствуя созданную им зрительную трубу, обнаружил в 1610 году, что в раздвинутом состоянии она значительно увеличивает мелкие предметы. Меняя расстояние между окуляром и объективом, Галилей использовал трубу как своеобразный микроскоп. Сегодня нельзя представить научную деятельность человека без использования микроскопа. Микроскоп нашел широчайшее применение в биологических, медицинских, геологических лабораториях и лабораториях материаловедения.