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Microscopio compuesto




Enviado por al308052



    1. Historia del microscopio
      compuesto
    2. Fundamentos matemáticos de
      la lupa
    3. Características
      ópticas del microscopio
    4. Poder separador y
      aumento útil del microscopio
    5. Sistema de
      Iluminación
    6. Piezas ópticas de
      los microscopios

    Breve historia del
    microscopio

    1608 Z. Jansen construye un microscopio con
    dos lentes convergentes.

    1611 Kepler sugiere la manera de fabricar un microscopio
    compuesto.

    1665 Hooke
    utiliza un microscopio compuesto para estudiar cortes de
    corcho y describe los pequeños poros en forma de caja a
    los que él llamó "células".
    Publica su libro
    Micrographia

    1674 Leeuwenhoek
    informa su descubrimiento de protozoarios. Observará
    bacterias por
    primera vez 9 años después.

    1828 W. Nicol desarrolla la microscopía con
    luz
    polarizada.

    1849 J. Quekett publica un tratado práctico sobre
    el uso del microscopio.

    1838 Schleiden
    y Schwann
    proponen la teoría
    de la célula
    y declaran que la célula
    nucleada es la unidad estructural y funcional en plantas y
    animales.

    1876 Abbé
    analiza los efectos de la difracción en la
    formación de la imagen en el
    microscopio y muestra
    cómo perfeccionar el diseño
    del microscopio.

    1881 Retzius describe gran número de tejidos animales con un
    detalle que no ha sido superado por ningún otro
    microscopista de luz. En las
    siguientes dos décadas él, Cajal y otros
    histólogos desarrollan nuevos métodos de
    tinción y ponen los fundamentos de la anatomía
    microscópica.

    1886 Zeiss fabrica una serie de lentes, diseño
    de Abbé que permiten al microscopista resolver estructuras en
    los límites
    teóricos de la luz visible.

    1908 Köhler y Siedentopf desarrollan el microscopio
    de fluorescencia.

    1930 Lebedeff diseña y construye el primer
    microscopio de interferencia.

    1932 Zernike inventa el microscopio de contraste de
    fases.

    1937 Ernst Ruska y Max Knoll, físicos alemanes,
    construyen el primer microscopio electrónico.

    1952 Nomarski inventa y patenta el sistema de
    contraste de interferencia diferencial para el microscopio de
    luz.

    1981 Aparece el microscopio de efecto túnel
    (MET).

    Sistema de la
    lupa:

    La lupa es un lente positiva destinado a la observación visual de un objeto situado en
    el plano focal anterior de la lente, las características de esta son el aumento
    visual y el campo visual 2l

    Caso general del aumento de una lupa.

    De la figura de desprende que:

    Du = 2 (f’ + X’o) tg W’ + Do
    (1)

    Donde tg w’ = 1/f ‘

    Por consiguiente:

    (2)

    Por eso cuando la lupa se aparta del ojo, menor es el
    campo visual.

    Además calculemos el aumento visual de la
    lupa

    De la figura anterior:

    (3)

    Además:

    (4)

    De 3 y 4:

    (5)

    Que es el aumento visual de la lupa.

    Piezas
    ópticas de los microscopios:

    Constan de los siguientes, objetivos,
    oculares, condensadores
    y colectores. El objetivo y el
    ocular crean el aumento útil del objeto, es decir, forman
    el sistema de
    observación: el condensador y el colector
    constituyen el sistema de iluminación del microscopio.

    Características ópticas de los
    microscopios

    El microscopio, como la lupa, se emplea para observar
    objetos cercanos pero, a distinción de la lupa, este tiene
    mayor poder
    separador.

    El sistema óptico del microscopio transforma el
    haz de luz homocéntrico divergente que entra al sistema en
    un haz de rayos paralelos que emergen de el.

    Figura 2) sistema óptico del
    microscopio.

    El sistema óptico tiene 2 etapas de aumento, la
    primera el objetivo 1 y
    la segunda el ocular 2 .El objetivo 1 asegura la obtención
    de la imagen real
    l’ del objeto l en el plano focal anterior del ocular 2
    mediante el cual esta imagen se mira como una lupa (en el
    plano focal anterior del ocular se puede colocar una escala que se ve
    por el ocular para valorar las dimensiones de lo que se
    observa)

    Las características del microscopio
    son:

    1.- Aumento visual Γ

    2.- Campo visual 2l

    3.- abertura numérica A

    Aumento Visual:

    El objetivo tiene un aumento lateral β mientras que
    el ocular, como la lupa, un aumento visual
    Γ’. Por esto el aumento
    visual
    es igual a:

    (6)

    Donde β es la razσn de la
    longitud de la imagen y la longitud del objeto.

    Si el microscopio se considera como una lupa su
    distancia focal esta dada por:

    (7)

    En este caso de 7 nos queda:

    (8)

    Campo visual:

    Figura 3) Diafragma de pupila y de campo para un
    microscopio.

    El campo visual del microscopio depende del
    diámetro del circulo en el plano del objeto, cuya imagen
    coincide con el diafragma de campo visual 3 (figura
    3) situado en el plano focal anterior del ocular
    2.

    Así pues:

    (9)

    Además de 6 y 9 se obtiene que el
    campo visual del microscopio sea:

    (10)

    Abertura numérica, características del
    diafragma de abertura y la pupila de entrada y de salida
    (ocular):

    Se le llama abertura numérica al producto del
    índice de refracción del medio donde se encuentra
    el objeto, por el seno del ángulo de abertura, es
    decir:

    A = n1 sen Um (11)

    La abertura numérica determina la luminosidad y
    el poder
    separador del microscopio.

    El diafragma de abertura de los objetivos de
    los microscopios es la montura de una de las últimas
    lentes o el diafragma situado junto al foco posterior
    (comúnmente en el plano focal posterior del objetivo, en
    la figura 3 es la cifra 4). Por lo tanto, la
    pupila de salida del objetivo será, o la imagen de
    la montura de la lente, obtenida como resultado de la
    acción de las siguientes lentes del objetivo, o la montura
    de la ultima lente, o, por fin, el propio diafragma que es de
    abertura.

    La pupila de entrada 5 de diámetro D, de
    todo el sistema del microscopio, que es la imagen del diafragma
    de abertura 4 durante la marcha inversa de los rayos por el
    objetivo, en virtud de la formula de Newton (xx
    ’ = ff ’) se encuentra a una distancia del foco
    anterior F1 igual a:

    (12)

    Donde X1p es la distancia desde el foco
    posterior F’1 del objetivo hasta el diafragma de
    abertura
    .

    En los microscopios de gran aumento, el diafragma de
    abertura
    se dispone en el plano focal posterior del objetivo,
    (X’1p = 0), entonces la pupila de
    entrada del microscopio se encuentra en el infinito
    X1p = ∞.

    Determinemos la posición y el diámetro
    de la pupila de salida 6

    Según la formula de Newton, el
    segmento que determina la posición de la pupila de salida,
    respecto al foco posterior del ocular, es (figura 3):

     (13)

    Donde X 2p es la posición imagen a la
    lente.

    El diámetro D’ de la pupila de salida del
    microscopio se determina, partiendo de que la condición
    de los senos
    se cumple en el sistema del microscopio, es
    decir:

    (14)

    Donde:

    l = tamaño del objeto.

    n1 = índice de refracción donde
    se halla el objeto.

    Um = Ángulo de abertura del espacio
    objeto.

    l’ = tamaño de la imagen
    intermedia

    n1‘ = Índice de
    refracción donde se encuentra la imagen (este caso el del
    aire,
    n1‘ = 1)

    U’m = Ángulo de abertura del espacio
    objeto.

    Valiéndonos de la condición de los senos y
    considerando que U’m es pequeño,
    entonces:

    (15)

    Donde β = y = 1.

    De la figura se desprende que el diámetro
    D’ de la pupila se determina mediante la
    formula:

    D’ = 2f’2tan U’m
    (16)

    De 11 y 6, tenemos que:

    (17)

    De aquí se concluye que el diámetro de
    la pupila de salida es directamente proporcional a la abertura
    numérica A e inversamente proporcional al aumento visual
    del microscopio.

    Por esto cuando la pupila de salida de aproxima al
    diámetro del ojo, mayor será la "calidad" del
    objeto a observado y cuando los diámetros son iguales se
    le denomina aumento visual normal (dada una abertura y
    aumento visual)

    Poder separador, objetivos de
    inmersión y aumento útil.

    Poder separador

    De la teoría
    de la difracción sobre la formación de imágenes
    mediante un microscopio se tiene que la distancia mínima
    entre dos puntos visibles por separado es:

    (18)

    Donde λ es la longitud de onda de la luz
    monocromαtica en la que se observa el objeto y A es la
    abertura del microscopio.

    Por eso cuanto mayor sea la abertura numérica A y
    menor la longitud de onda λ, mejor será el poder
    separador del microscopio.

    Por lo tanto es natural la tendencia de utilizar
    objetivos con mayor abertura numérica obtenida tanto por
    el aumento del ángulo de abertura de entrada, como el
    índice de refracción del medio en el que se coloca
    el objeto.

    Objetivos de inmersión:

    El medio óptico líquido que rellena el
    espacio entre el objeto y el objetivo se le denomina
    líquido de inmersión. El índice de
    refracción de este es próximo al del vidrio (se
    utiliza agua,
    glicerina, aceites cedral y de enebro, monobromonaftalina, etc.)
    En la figura se muestra el
    papel del
    líquido:

    En el sistema "seco" el flujo luminoso se limita por el
    ángulo sólido U y en el lado sumergido por el
    ángulo Um, donde Um>U. De esta forma con la misma
    intensidad de iluminación e igual abertura del
    condensador, la imagen se vera mucho mejor con el objetivo de
    inmersión que en "seco".

    Además esto asegura al microscopio un mayor poder
    separador.

    La magnitud de Um, que determina la abertura
    numérica, depende de la construcción del objetivo y en los secos
    esta limitada por la reflexión interna total.
    Además longitud de onda en la que se observa el objeto
    disminuye por que el poder separador se aumenta (en este caso
    manteniendo constante a A).

    Aumento útil del microscopio:

    Se define como el aumento visual del microscopio que
    puede ser utilizado totalmente por el ojo del observador Por
    ejemplo, un ojo con un poder separador de 2-4 in, debe satisfacer
    la desigualdad:

    500 Å < Γut< 100 Å
    (19)

    Donde, si se sale de los rangos la visión
    será formada por aberraciones.

    5. Sistema de
    Iluminación

    Estructura
    geométrica:

    La fuente de luz 1, con l ayuda de una lente (o sistema)
    2, llamada colector, se representa en el plano del
    diafragma iris de abertura 5 del condensador 6. Este
    diagrama se
    instala en el plano focal anterior del condensador 6 y
    puede variar su abertura numérica. El diagrama iris
    3 dispuesto junto al colector 2 es el diafragma de campo.
    La variación del diámetro del diafragma de campo
    permite obtener su imagen igual al campo visual lineal del
    microscopio. La abertura numérica del condensador 6
    supera, generalmente la de la abertura del objetivo
    microscópico. El objeto 7 se proyecta por el objetivo 8 en
    el plano del diafragma de campo 10, que coincide con el plano
    focal anterior del ocular 11. La pupila del ojo del observador se
    hace coincidir con la pupila de salida del microscopio 12. Para
    el ojo normal los haces de rayos después del ocular son
    paralelos. El haz de rayos de una fuente de luz con iluminancia
    irregular (la espiral de una lámpara incandescente)
    asegura con el sistema de iluminación uniforme del campo
    visual a merced de que los diafragmas de campo 3 y 10 son
    conjugados, así como también los son los diafragmas
    de abertura 5 y 9 del condensador y del microscopio .

    Si por razones relacionadas con el tamaño y al
    haber posibilidades de despreciar la acción térmica
    de la luz, es posible instalar ésta en el plano del
    diafragma de abertura 5 del condensador 6, entonces el sistema de
    iluminación se simplifica.

    Bibliografía

    B.N Begunov, N.P Zakarnov, Teoría de
    sistemas ópticos, Págs. 172-229, 264-391.
    Editorial MIR-Moscú. México-URSS 1976

    Hecht, Eugene, Óptica
    Págs. 151-241 3a edición, Editorial Adisson Wesley
    iberoamericana España
    2000.

    M.N Mirkovich, W.N Makarenko, sistemas
    ópticos avanzados y principios
    ópticos cuanticos, Págs. 259-315, 1a
    edición, Moscú, URSS 1967.

      

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