1.4 Заходи безпеки

При виконанні лабораторної роботи необхідно дотримуватися стандартних правил безпеки при роботі з обладнанням, наведених у вступі до лабораторного практикуму. Також треба пам’ятати, що металографічний мікроскоп – складний прилад, що потребує обережного та дбайливого ставлення.

Мікроскоп не можна встановлювати в приміщеннях де багато пилу, або висока вологість. Також необхідно забезпечити відсутність поштовхів та вібрацій. Не повинно бути в приміщеннях парів кислот, лугів та інших хімічно активних речовин. Температура в приміщенні має бути в межах від 10⁰ до 30⁰. Потрібно не допускати потрапляння на оптику прямих сонячних променів.

Перед початком роботи мікроскоп вмикають в електромережу, а після закінчення досліджень його необхідно вимкнути.

Під час роботи освітлювача корпус його фонаря може суттєво нагріватися, тому необхідно слідкувати, щоб не доторкнутися до нього руками.

Потрапляння в око концентрованого пучка світлових променів небезпечно, тому під час налаштування мікроскопу необхідно бути обережним.

1.5 Програма проведення експерименту

Для досягнення мети роботи необхідно виконати наступні кроки:

1. Ознайомитися з будовою металографічних мікроскопів МИМ-7 та ММР-2Р та їх оптичними системами.

2. Визначити розподільну здатність мікроскопу для наявних об’єктивів та світлових фільтрів. Параметри оптики для розрахунків надає викладач.

3. Розрахувати доцільне збільшення мікроскопу, підібрати необхідні об’єктив та окуляр. Величину розміру об’єкту, що потрібно роздивитися задає викладач.

4. Навчитися фокусувати зображення, налаштовувати освітлення, польову й апертурну діафрагму.

5. Роздивитися запропонований викладачем мікрошліф в світлому, темному полі та в поляризованому світлі.

6. Визначити ціну поділки шкали окуляр-мікрометра для трьох запропонованих викладачем збільшень мікроскопу.

7. Визначити розмір структурної складової матеріалу, запропонованого викладачем. Замалювати обрану структурну складову в протоколі.

8. Зробити висновки щодо отриманих параметрів.

1.6 Опрацювання результатів експерименту

1.6.1 Розподільна здатність металографічного мікроскопу

Якість мікроскопу визначається не лише його збільшенням, але й розподільною здатністю, яка характеризується мінімальною відстанню між двома точками досліджуваного зразка, що видні окремо. Чим менша ця відстань, тим більша розподільна здатність. Точки, що розташовані на менших відстанях, мікроскопом не розділяються, тобто їх видно як одну точку.

Розподільна здатність мікроскопу залежить від розподільної здатності об’єктиву, бо якщо дві найближчі точки не розділяються в об’єктиві, то й в окулярі їх буде видно як одну.

Границя розподільної здатності оптичної системи визначається явищем дифракції. Зображення точки яка випромінює монохроматичне світло, що створюється навіть самим ідеальним об’єктивом, не сприймається оком як точка, оскільки внаслідок дифракції світла фактично є круглою світлою плямою (диском) кінцевого діаметру d, яка оточена декількома поперемінно темними та світлими кільцями (так званий диск Ері).

Розподільна здатність мікроскопу, як й будь-якої іншої оптичної системи, підкоряється критерію Релея, згідно якого дві точки будуть видні окремо, якщо головний максимум в дифракційному зображенні однієї з них співпадає з першим мінімумом в зображенні другої й навпаки (див. рис. 1.18).

Рисунок 1.18 – Визначення розподільної здатності металографічного мікроскопу за критерієм Релея.

Для виводу формули розподільної здатності мікроскопу розглянемо дві точки 1 та 2, які ледь можливо розгледіти окремо (див. рис. 1.19)..

Рисунок 1.19 – Схема ходу світлових променів для визначення розподільної здатності мікроскопу.

Відстань δ_м між ними можна прийняти за лінійну міру розподільної здатності, яку за правилами геометричної оптики можна розрахувати за формулою:

δ_м = 0,61 λ/A, (1.1)

де λ – довжина хвилі світла (при застосуванні немонохроматичного світла – зазвичай найменша довжина хвилі, що характеризує це світло, або довжина хвилі, інтенсивність випромінювання на якій максимальна. Деякі значення довжини світлових хвиль наведено в табл.1.4), А – числова апертура об’єктиву, яка розраховується за формулою:

А = п · sin u’, (1.2)

де п – показник заломлення середовища, що розділяє світлову точку та об’єктив, u’ – половина кута розхилу пучку світла, що розходиться з точки та потрапляє в об’єктив

Таблиця 1.4 – Значення довжини хвилі для основних кольорів спектру

Колір	Границі спектрального діапазону, нм	Колір	Границі спектрального діапазону, нм
Червоний	620-780	Зелений	510-550
Оранжевий	585-620	Блакитний	480-510
Жовтий	575-585	Синій	450-480
Жовто-зелений	550-575	Фіолетовий	380-450

Чим більше А, тим більш дрібні деталі об’єкту можна розгледіти під мікроскопом. Зазвичай апертура позначається на боковій поверхні об’єктива. Якщо об’єкт знаходиться на повітрі (п=1), то А не перевищує 1 (фактично не більше 0,9). Занурюючи об’єкт в сильно переломляючу рідину (п > 1), що нанесена на зовнішню лінзу об’єктиву (імерсійна рідина), можна збільшити числову апертуру об’єктиву до значень 1,4 ÷ 1,6. В якості імерсійної рідини зазвичай використовують кедрову олію або спеціальну синтетичну олію.

Таким чином, застосовуючи світлові фільтри та/або імерсійну рідину, можна змінювати розподільну здатність мікроскопу майже на порядок величини.

Отже, розподільну здатність мікроскопу δ_м, розраховують за формулою (1.1). При використанні білого світла довжина хвилі становить λ = 0,589 мкм, а при використанні світлофільтра довжину хвилі беруть як середину інтервалу, зазначеного в табл. 1.4. Всі результати записують до табл. 1.5.

Таблиця 1.5 – Розподільна здатність мікроскопу

№ з/п	Апертура об’єктива	Колір світла	Довжина хвилі	δм, мкм ф-ла (1.1)
1	0,17
2	0,17
3	0,37
4	0,37
5	0,65
6	0,65