97. Формула Аббе. Значение апертурного угла. Ультрафиолетовый микроскоп. Иммерсионные системы. Полезное увеличение. Специальные приемы микроскопии.

Ультрафиолетовый микроскоп

Один из способов уменьшения предела разрешения микроскопа - использование света с меньшей длиной волны. В связи с этим применяют ультрафиолетовый микроскоп, в котором микрообъекты исследуются в ультрафиолетовых лучах. Принципиальная схема оптическая такого микроскопа аналогична схемам обычного микроскопа. Т.к. глаз непосредственно не воспринимает этого излучения, то употребляются фотопластинки, люминесцентные экраны или электронно-оптические преобразователи.

Иммерсионные системы

Дальнейшим усовершенствованием микроскопа явилось применение иммерсионного объектива. Так называют объектив, у которого пространство между предметом (покровным стеклом препарата) и входной линзой заполняется жидкой средой - иммерсией - с показателем преломления, близким к стеклу, например, глицерином (n = 1,45) или монобромнафталином (n = 1,65). При иммерсионном объективе, во-первых, значительно увеличивается яркость изображения и, во-вторых, повышается разрешающая способность микроскопа.

При иммерсии свет от предмета до объектива проходит по оптически однородной среде и не дает потерь на отражение. Это значительно повышает яркость изображения.

Величина А = sin( /2) для сухого или А_n = n sin( /2) для иммерсионного объектива называется численной (числовой) апертурой

Z =  / A,

или деленной на удвоенную численную апертуру при наклонном освещении:

Z =  / 2A;

при иммерсионном объективе Z =  / 2n A.

Максимальный апертурный угол может быть порядка 70⁰ , тогда для сухого объектива ему соответствует числовая апертура А= sin70⁰ = 0,94; Z 0,30 мкм.

Для иммерсионного объектива при n = 1,5 А_n = 1,5 0,94 = 1,4; Z0,19 мкм.

Полезное увеличение

K_m = 2A Z_гл / .

Z_глаза (на расстоянии наилучшего зрения) равно от 140 до 280 мкм.

Специальные приемы микроскопии:

1. Измерение размеров малых объектов.

Определение величины микроскопируемого предмета делается с помощью нанесенных на стеклянную пластинку масштабных шкал, называемых окулярным и объектным микрометрами.

2. Микропроекция и микрофотография.

Если перевернуть окуляр так, что изображение, которое дает объектив, окажется дальше фокусного расстояния окуляра, то последний будет давать действительное изображение, которое может быть спроецировано на экран или фотопленку.

3. Метод фазового контраста – в получаемом видимом изображении распределение яркостей (амплитуд) воспроизводит фазовый рельеф.

4. Метод темного поля, ультрамикроскопия.

Метод тёмного поля в проходящем свете применяется для получения изображений прозрачных неабсорбирующих объектов, невидимых при освещении по обычными методами. Метод ультрамикроскопии основан на том же принципе.

98. Основы электронной микроскопии.

Длина волны де Бройля. Предел разрешения электронного микроскопа.

Гипотеза де Бройля.

Фотон — элементарная частица, движущаяся со скоростью света, обладающая

волновыми свойствами и име­ющая энергию е = hv, где v — частота световой волны.

По де Бройлю, движение частицы, например электрона, описывается волновым процесссом с характеристической длиной вол­ны λ.Эти волны называют вол­нами де Бройля.

Электронный микроскоп и его отдельные элементы по своему назначению

подобны оптическому, поэтому воспользуемся анало­гией с оптикой для объяснения его устройства и принципа дейст­вия.

В электронном микроскопе носителем информации об образце являются электроны,

а их источником — подогреваемый катод 1. Ускорение электронов и образование

пучка осуществляется фоку­сирующим электродом и анодом — системой, называемой

элек­тронной пушкой 2. После взаимодействия с образцом поток электронов

преобразуется и содержит информа­цию об образце.

Формирование потока электронов происходит под воздействием электр. поля (система электродов и кон­денсаторов) и магнитного (система катушек с током). Эти системы называют

электронными линзами по аналогии с оптическими линзами, которые формируют

световой поток (3 — конденсорная; 4 — электронная, служащая объективом;

5 — проекционная). Изображение регистрируется на чувствительной к электронам

фотопластинке или катодолюминесцирующем экране 6.

Чтобы оценить предел разрешения электронного микроскопа, подставим в формулу

ускоряющее напряжение U = 100 кВ и угловую апертуру и порядка 10 ² рад

(приблизительно такие уг­лы используют в электронной микроскопии).

Получим z ~ 0,1 нм; это в сотни раз лучше, чем у оптических микроскопов.

99. Основные характеристики теплового излучения. Энергетическая светимость, спектральная плотность энергетической светимости, монохроматический коэффициент поглощения. Абсолютно чёрное, серое и другие тела.

Тепловое излучение - это электромагнитное излучение атомов и молекул, возникающее при тепловом их движении.

Характеристиками теплового излучения являются поток излучения, энергетическая светимость, спектральная плотность энергетической светимости, коэффициент поглощения.

Потоком излучения Ф (лучистым потоком) называют среднюю мощность излучения за время, значительно большее периода световых колебаний:

, [Ватт (Вт)].

Поток излучения, отнесённый к единице поверхности, называют энергетической светимостью R (плотность лучистого потока):

, [Вт/м²].

Энергетическая светимость, соответствующая этому интервалу,пропорциональна ширине интервала:

,

где r_ - спектральная плотность энергетической светимости тела, равная отношению энергетической светимости узкого участка спектра к ширине этого участка. Единицей измерения r_ в СИ является 1 Вт/м³.

Зависимость спектральной плотности энергетической светимости от длины волны называют спектром излучения тела.

Способность тела поглощать лучистую энергию характеризуют коэффициентом поглощения.

Коэффициент поглощения равен отношению потока излучения, поглощённого данным телом, к потоку излучения, упавшего на него.

Тело, коэффициент поглощения которого равен единице для всех частот, называют абсолютно чёрным. Оно поглощает всё падающее на него излучение. Таких тел в природе нет. Моделью абсолютно чёрного тела является маленькое отверстие в замкнутой непрозрачной полости. Луч, попавший в это отверстие, многократно отразившись от стенок, почти полностью будет поглощён. Поэтому при малом отверстии в большой полости луч не сумеет выйти, то есть полностью поглотится.

Тело, коэффициент поглощения которого меньше единицы и не зависит от длины волны света, падающего на него, называют серым. Серых тел в природе нет, однако некоторые тела в определённом интервале длин волн излучают и поглощают как серые. Так, например, тело человека иногда считают серым (α=0,9).