Aufbau eines Mikroskops
Bild 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Mikroskops. Das Mikroskop
besitzt zwei Linsensysteme: das den Gegenständen (Objekten) zugewandte
Objektiv und das dem Auge zugewandte
Okular.
Beide Systeme wirken wie Sammellinsen. Häufig sind mehrere Objektive
verschiedener Brennweite vorhanden, die eine unterschiedliche Vergrößerung
ermöglichen. Der Abstand zwischen Objektiv und Okular wird durch
die Länge des Tubus bestimmt.
Der Tubus ist nichts weiter als ein lichtundurchlässiges Rohr. Das
Objekt befindet sich auf dem Objekttisch
und wird von unten beleuchtet. Das kann durch eine eingebaute Lampe oder
durch Tageslicht erfolgen, das durch einen Spiegel in Richtung Objekt
reflektiert wird. Um ein scharfes Bild zu erhalten, kann die Entfernung
Objektiv - Objekt mithilfe eines Triebrades
verändert werden.
Wirkungsweise eines Mikroskops
Die Wirkungsweise eines Mikroskops kann man aus dem Strahlenverlauf erkennen
(Bild 3): Mit dem Objektiv, das dem Gegenstand zugewandt ist, wird ein
vergrößertes, umgekehrtes, seitenvertauschtes und reelles (wirkliches)
Zwischenbild des Gegenstandes
erzeugt. Damit das der Fall ist, muss sich der Gegenstand zwischen der
einfachen und der doppelten Brennweite des wie eine Sammellinse wirkenden
Objektivs befinden.
Dieses Zwischenbild wird durch das Okular hindurch betrachtet. Da es sich
innerhalb der einfachen Brennweite des Okulars befindet, wirkt das Okular
wie eine Lupe.
Es entsteht also von dem Zwischenbild ein wiederum vergrößertes,
aufrechtes, seitenrichtiges und virtuelles (scheinbares) Bild des Gegenstandes.
Dieses Bild kann mit den Augen betrachtet und auch fotografiert werden.
Es ist ein vergrößertes, umgekehrtes, seitenvertauschtes und
virtuelles Bild des Gegenstandes.
Vergrößerung und Auflösungsvermögen
beim Mikroskop
Durch die Vergrößerung
des Gegenstandes in zwei Stufen kann mit einem Mikroskop eine sehr starke
Gesamtvergrößerung
erreicht werden. Hat z.B. das Objektiv eine 40fache Vergrößerung
und das Okular eine 8fache Vergrößerung, so ergibt sich als
Gesamtvergrößerung:
40 x 8 = 320
Allgemein kann man die Gesamtvergrößerung eines Mikroskops mit folgender Gleichung berechnen:
Bei einem Lichtmikroskop wird mit Vergrößerungen von bis
zu etwa 1000 gearbeitet. Sind höhere Vergrößerungen notwendig,
so nutzt man meist Elektronenmikroskope.
Für das Auflösungsvermögen
optischer Geräte gilt allgemein, dass man zwei Punkte gerade noch
als getrennte Punkte wahrnehmen kann, wenn für den Winkel, unter
dem man die beiden Punkte sieht, gilt:
Zwei Punkte im Abstand r kann man gerade noch
als getrennt wahrnehmen, wenn gilt:
Den Kehrwert dieses minimalen Abstandes bezeichnet man als Auflösungsvermögen.
Dafür gilt somit:
Elektronenmikroskope
Die Auflösung eines Lichtmikroskops ist durch die Wellenlänge
des Lichtes begrenzt. Um höhere Auflösungen und damit stärkere
Vergrößerungen zu erzielen, wurden in den dreißiger Jahren
des 20. Jahrhunderts Elektronenmikroskope
entwickelt. Sie arbeiten mit Elektronenstrahlen und ermöglichen wesentlich
höhere Vergrößerungen bis 500.000. Bild 5 zeigt den prinzipiellen
Aufbau eines solchen Mikroskops im Vergleich mit einem Lichtmikroskop.
Die Ablenkung des Elektronenstrahls erfolgt nicht mit Linsen, sondern
mithilfe magnetischer bzw. elektrischer Felder.
Für die Wellenlänge, die solchen Elektronen zugeordnet werden
kann, gilt nach DE-BROGLIE:
Schon bei geringen Beschleunigungsspannungen erreicht man Wellenlängen,
die wesentlich kleiner sind als die von sichtbarem Licht. Entsprechend
größer ist das Auflösungsvermögen.