چرا باید برای استفاده از ذره بین آن را به جلو و عقب ببریم

آخرین به روز رسانی: 13 آذر 1401 زمان مطالعه: 16 دقیقه

همانطور که بحث خواهیم کرد، ذره بین از یک لنز بیکانوکس یا دو محدب برای بزرگنمایی استفاده می کند. در این مقاله در مورد ساختار ذره بین و ویژگی های آن صحبت خواهیم کرد.

فهرست مطالب این نوشته

کلمات کلیدی بررسی نزدیک

برای دانستن کار و ویژگی های ذره بین لازم است سه کلمه کلیدی را معرفی کنیم که در ادامه مطلب بسیار مورد استفاده قرار می گیرند.

عدسی یا لنز : جسم، معمولاً شیشه، که نور عبوری از آن را متمرکز یا پراکنده می کند.

دیوپتر: واحد اندازه گیری قدرت عدسی یا آینه است و برابر است با فاصله کانونی متقابل آن بر حسب متر. نزدیک بینی بر حسب دیوپتر تشخیص داده و اندازه گیری می شود.

عدسی محدب: مانند قسمت بیرونی یک کاسه یا یک کره یا دایره است که به سمت بیرون منحنی می شود.

همچنین، قبل از شروع بحث در مورد لوپ ها و نحوه عملکرد آنها، مهم است که سه نکته را به خاطر بسپاریم:

بزرگنمایی یک ذره بین به موقعیت آن بین چشم کاربر و جسم مورد مشاهده و فاصله کلی بین چشم و جسم بستگی دارد.

قدرت بزرگنمایی برابر با نسبت اندازه تصاویری است که روی شبکیه چشم کاربر با و بدون لنز تشکیل شده است.

بالاترین قدرت بزرگنمایی با قرار دادن لنز بسیار نزدیک به چشم و تغییر فاصله بین چشم و لنز با هم برای دستیابی به بهترین فوکوس حاصل می شود.

ذره بین چیست؟

ذره بین یک عدسی محدب است که به بیننده اجازه می دهد تصویر بزرگتری از شی مورد مشاهده را با جزئیات بیشتری ببیند. همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است، لنزها معمولا در یک قاب با دسته بلند قرار می گیرند.

تصویر ۱: ذره بین

بزرگنمایی یک ذره بین به محل قرارگیری عدسی بین چشم کاربر و جسم مورد نظر و همچنین فاصله کلی بین چشم و جسم بستگی دارد. قدرت بزرگنمایی برابر است با نسبت اندازه تصاویر ایجاد شده روی شبکیه چشم کاربر با و بدون ذره بین.

هنگامی که از لنز استفاده نمی شود، کاربر معمولاً شی را تا حد امکان به چشم نزدیک می کند بدون اینکه تار شود. این نقطه که به آن «نقطه نزدیک» می گویند، با توجه به سن افراد متفاوت است. در یک کودک خردسال، این فاصله می تواند پنج سانتی متر باشد، در حالی که در بزرگسالان، این فاصله می تواند یک یا دو متر باشد. دوربین های دوچشمی معمولاً با استفاده از مقدار استاندارد 0.25 متر یا 25 سانتی متر ساخته می شوند.

بالاترین قدرت بزرگنمایی با قرار دادن لنز بسیار نزدیک به چشم و حرکت چشم و لنز در کنار هم تا رسیدن به بهترین فوکوس حاصل می شود. هنگامی که از این لنز استفاده می شود، قدرت بزرگنمایی را می توان با استفاده از معادله زیر پیدا کرد:

$$large MP_0=frac{1}{4}.phi+1$$

که در آن $$phi$$ قدرت لنز است و برابر است با فاصله کانونی متقابل. هنگامی که ذره بین یا عدسی محدب نزدیک جسم قرار می گیرد و چشم حرکت می کند، بزرگنمایی ذره بین برابر است با:

$$large MP_0=frac{1}{4}.phi$$

ذره بین های معمولی دارای فاصله کانونی 25 سانتی متر و قدرت نوری آن ها 4 دیوپتر است. این نوع اسکوپ ها با عنوان بزرگنمایی 2 برابر و با علامت $$times 2$$ به فروش می رسند، اما یک ناظر معمولی با استفاده از این ابزار ممکن است بزرگنمایی یک تا دو برابری داشته باشد که بستگی به محل قرارگیری لنز دارد.

اولین شواهد وجود دستگاه عدسی ذره بین به ارسطو در سال 424 قبل از میلاد برمی گردد. قبل از میلاد، زمانی که او از یک کره شیشه ای پر از آب استفاده کرد. سنکا نوشت که از این دستگاه می توان برای خواندن حروف صرف نظر از نور کم و کوچک استفاده کرد. راجر بیکن خواص ذره بین را در قرن سیزدهم توصیف کرد و عینک نیز در قرن سیزدهم در ایتالیا تولید شد.

تصویر ۲: اولین شواهد در مورد دستگاه بزرگنمایی عدسی مربوط به ارسطوفان در سال 424 سال قبل از میلاد مسیح بوده است.

برای آشنایی بیشتر با اپتیک و اپتیک می توانید فیلم آموزش اپتیک ارائه شده توسط فرادرس را مشاهده کنید، لینک این آموزش در زیر آمده است.

ذره بین چگونه کار می کند؟

اندازه ظاهری جسمی که توسط چشم دیده می شود به زاویه ای که جسم در آن نسبت به چشم قرار می گیرد بستگی دارد. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، جسم در A نسبت به چشم زاویه بیشتری نسبت به B دارد. بنابراین، جسم در نقطه A تصویر بزرگتری را روی شبکیه ایجاد می کند ($$OA^{prime}$$). ) نسبت به زمانی که در B قرار دارد ($$OB^{prime}$$). بنابراین، اشیایی که از آنها پرتوهای نور با زوایای بیشتری به چشم برخورد می کنند، بزرگتر به نظر می رسند زیرا تصاویر بزرگ تری روی شبکیه ایجاد می کنند.

تصویر ۳: بزرگنمایی در چشم بستگی به زاویه‌ای دارد که بر اساس آن پرتوی نوری به چشم می‌رسد.

لنز در مقاله چیست؟ ما نشان داده‌ایم که وقتی یک جسم در فاصله کانونی عدسی‌های محدب قرار می‌گیرد، تصویر آن مجازی، عمودی و بزرگ‌تر از جسم است. بنابراین، هنگامی که چنین تصویری که توسط یک عدسی محدب تولید می شود، به عنوان یک جسم برای چشم عمل می کند، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، تصویر بزرگتری روی شبکیه ایجاد می شود زیرا تصویر تولید شده توسط عدسی زیر زاویه بیشتری نسبت به چشم قرار دارد. شی او آن را انجام می دهد. در واقع به عدسی محدبی که برای این منظور استفاده می شود، ذره بین یا ذره بین ساده می گویند.

تصویر ۴: برای محاسبه بزرگنمایی در ذره بین باید اندازه تصویر را با و بدون ذره بین با هم مقایسه کنیم.

برای محاسبه بزرگنمایی یک ذره بین، زاویه تصویر را برای کیس بدون لنز و کیس با لنز، همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، مقایسه می کنیم.

در دو مورد، فرض می شود که جسم نزدیک چشم قرار می گیرد زیرا در این حالت چشم می تواند به راحتی بزرگترین تصویر را روی شبکیه ایجاد کند. بزرگنمایی را می توان با مقایسه اندازه تصویر روی شبکیه زمانی که عدسی جلوی چشم است و زمانی که چیزی جلوی چشم نیست محاسبه کرد.

بزرگنمایی تصویری که با چشم دیده می شود، بزرگنمایی زاویه ای $$M$$ است که با نسبت بین زاویه تصویر و زاویه جسم بیان می شود و داریم:

$$large M=frac{theta_{image}}{theta_{object}}$$

وضعیت نشان داده شده در تصویر بالا را در نظر بگیرید. در این حالت عدسی در فاصله $l$$ از چشم قرار می گیرد و تصویر تولید شده توسط ذره بین در فاصله $$L$$ از چشم قرار می گیرد. برای محاسبه بزرگنمایی زاویه ای برای هر مقدار دلخواه $$L$$ و $$l$$، به صورت زیر عمل می کنیم.

با در نظر گرفتن تقریب زاویه کوچک به این معنی که زاویه، سینوس و مماس زاویه مورد نظر برابر است، داریم:

$$large theta_{image}=frac{h_i}{L}$$
$$large theta_{object}=frac{h_o}{l}$$

بنابراین، اندازه زاویه‌ای $$theta_{object}$$ در یک نقطه نزدیک آینه برابر است با $$theta_{object}=frac{h_o}{25}$$. بر این اساس، بزرگنمایی زاویه ای برابر است با:

$$large underbrace{ M=dfrac{θ_{تصویر}}{θ_{object}}=dfrac{h_i(25cm)}{Lh_o}}_{text{بزرگنمایی زاویه‌ای}}. label{بزرگنمایی زاویه‌ای}$$

با استفاده از رابطه مقیاس خطی، داریم:

$$large m=−dfrac{d_i}{d_o}=dfrac{h_i}{h_o}$$

از سوی دیگر، ما تقریب لنز نازک را می دانیم:

$$large dfrac{1}{d_o}+dfrac{1}{d_i}=dfrac{1}{f}$$

در نتیجه، ما یک ذره بین برای بزرگنمایی زاویه ای داریم:

$$large begin{align} M&= left(−dfrac{d_i}{d_o}right)left(dfrac{25,cm}{L}right) \[4pt] &= −d_ileft(dfrac{1}{f}−dfrac{1}{d_i}right)left(dfrac{25,cm}{L}right) \[4pt] &= left(1−dfrac{d_i}{f}right)left(dfrac{25,cm}{L}right) label{eq10} end{align}$$

از تصویر متوجه می شویم که مقدار مطلق فاصله بین تصویر و عدسی برابر با $$|d_i|=L-l$$ است. توجه کنید که $$d_i<0$$ زیرا تصویر خیالی پشت لنز تشکیل شده است، بنابراین داریم:

$$large −d_i=L−ℓ$$

با قرار دادن این مقدار به جای $$d_i$$ در معادله نهایی که به دست آوردیم، بزرگنمایی زاویه ای برابر است با:

$$large M=left(dfrac{25,cm}{L}right) left(1+dfrac{L−ℓ}{f} راست)$$

توجه داشته باشید که در معادله بالا، تمام کمیت ها باید بر حسب سانتی متر بیان شوند. گاهی می خواهیم تصویر در نزدیکترین فاصله باشد، در این حالت برای اینکه بیشترین بزرگنمایی را داشته باشیم، $$L=25cm$$ است و به همین دلیل لنز را در کمترین فاصله از چشم قرار دهیم. ، یعنی $$l=0$$ که می دهیم. در این حالت، معادله بزرگنمایی برابر است با:

$$wide M=1+dfrac{25,cm}{f}$$

که نشان می دهد که بیشترین بزرگنمایی برای لنزهایی با کمترین فاصله کانونی اتفاق می افتد. علاوه بر این، هنگامی که تصویر در فاصله نزدیک است و عدسی نزدیک به چشم است و $$l=0$$، $$L=d_i=25cm$$ و معادله بزرگنمایی نیز به صورت زیر نوشته می‌شود: یعنی بزرگنمایی خطی و زاویه ای در این حالت برابر است و داریم:

$$large M=dfrac{h_i}{h_o}=m $$

که در آن $$m$$ بزرگنمایی خطی به دست آمده برای هر دو لنز و آینه است. مورد دیگری که در اینجا ممکن است مفید باشد، زمانی است که تصویر در بی نهایت تشکیل می شود و ما $$L=infty $$ داریم. در این حالت معادله بزرگنمایی به صورت زیر است:

$$large M(L=infty)=dfrac{25,cm}{f}$$

همانطور که می بینید، در این حالت، بزرگنمایی برابر است با نسبت فاصله نزدیک به فاصله کانونی عدسی ذره بین. بنابراین، عدسی با فاصله کانونی کمتر باعث بزرگنمایی بیشتر می شود. علاوه بر این، این بزرگنمایی یک واحد کمتر از بزرگنمایی تصویر در فاصله نزدیک است. این حالت بهترین و راحت ترین حالت دید برای چشم است، زیرا چشم هنگام نگاه کردن به یک جسم دور راحت است.

با مقایسه روابطی که برای بزرگنمایی به دست آوردیم، می بینیم که بزرگنمایی زاویه ای عدسی در محدوده ای به صورت زیر تغییر می کند:

$$large dfrac{25cm}{f} ≤ M ≤1+dfrac{25cm}{f}$$

مثال : یک جواهرساز می خواهد الماسی به قطر 3 میلی متر را بررسی کند. الماس نزدیک چشم جواهرساز (25 سانتی متر) نگه داشته می شود و جواهرساز یک ذره بین را نزدیک چشم خود نگه می دارد.

فاصله کانونی ذره بین برای دیدن تصویر یک الماس با قطر 15 میلی متر چقدر است؟

فاصله کانونی زوم چقدر باید باشد تا بزرگنمایی 10 بدست آید؟

پاسخ : ابتدا باید بزرگنمایی لازم ذره بین را مشخص کنیم. از آنجایی که جواهرساز عدسی ذره بین را نزدیک چشم خود نگه می دارد، می توانیم از معادله عدسی برای یافتن فاصله کانونی عدسی ذره بین استفاده کنیم. برای حل قسمت اول این مثال، در نظر بگیرید که بزرگنمایی خطی مورد نیاز، نسبت قطر تصویر مورد نظر به قطر واقعی الماس است. از آنجایی که جواهر ساز لوپ را نزدیک چشم خود نگه می دارد و تصویر در نقطه نزدیک آن شکل می گیرد، بزرگنمایی خطی همان بزرگنمایی زاویه ای است و داریم:

$$large begin{align*} M &=m=dfrac{h_i}{h_o}\[4pt] &=dfrac{15,mm}{3.0,mm} \[4pt] و =5.0.end{align*}$$

فاصله کانونی را می توان از رابطه بزرگنمایی به صورت زیر بدست آورد و داریم:

$$large begin{align*} f&=dfrac{25,cm}{M−1} \[4pt] &= dfrac{25,cm}{5.0−1} \[4pt] &= 6.3,cm end{align*}$$

بنابراین در این حالت فاصله کانونی برابر با 6.3 سانتی متر است.

در قسمت دوم، برای بدست آوردن فاصله کانونی عدسی که بزرگنمایی 10 می دهد، رابطه بزرگنمایی را داریم:

$$large begin{align*} f &=dfrac{25,cm}{M−1} \[4pt] &=dfrac{25,cm}{10−1} \[4pt ] &=2.8,cm. end{align*}$$

همانطور که مشخص است، در این مورد فاصله کانونی 2.8 سانتی متر است.

حالت های مختلف بزرگنمایی ذره بین

با توجه به توضیحات ارائه شده در قسمت قبل می توان سه حالت برای بزرگنمایی ذره بین در نظر گرفت.

حالت اول

در شکل زیر و در حالت اول، جسم مستقیماً با چشم در فاصله نزدیک مشاهده می شود. در این شکل N فاصله نزدیک برای چشم عادی، $$theta$$ زاویه بین چشم و دو انتهای جسم و $$h_o$$ طول جسم است. در حالت دوم یک ذره بین قرار می دهیم و به جسم نگاه می کنیم. در این حالت، $$s=d_o$$ فاصله بین جسم و عدسی، $$theta^{prime}$$ زاویه بین جسم و محور کانونی است، و $$ h_o$$ است. ارتفاع جسم بنابراین، اگر از تقریب زاویه کوچک استفاده کنیم، خواهیم داشت:

تصویر ۵: حالت کلی بزرگنمایی یک عدسی

$$large M= frac{theta^{prime}}{theta}$$

$$large begin{aligned}
&M=frac{frac{h_o}{d_o}}{frac{h_o}{N}}=frac{h_o}{d_o}left(frac{N} {h_o}right) \
&M=frac{N}{d_o}
end{aligned}$$

که در آن M بزرگنمایی زاویه ای است.

حالت دوم

در حالت دوم، این شرط را در نظر می گیریم که چشم در حداقل فاصله از ذره بین قرار گیرد و تصویر در بی نهایت تشکیل شود. در واقع، به عبارت دیگر، برای تشکیل یک تصویر در بی نهایت، فاصله بین جسم و ذره بین باید برابر با فاصله کانونی ذره بین باشد. این دو حالت را در تصویر زیر نشان داده ایم.

تصویر ۶: تشکیل تصویر در بی نهایت

در این حالت $$d_o$$ برابر با فاصله کانونی لنز است. بنابراین، نسبت $$theta^{prime}$$ به $$theta$$ برابر است با:

$$large M=frac{theta^{prime}}{theta}=frac{frac{h_o}{f}}{frac{h_o}{N}}=frac{h_o} {f}timesfrac{N}{h_o}$$

$$large M=frac{N}{f}$$

که در آن N فاصله نزدیک است و M بزرگنمایی زاویه ای را می دهد.

حالت سوم

در حالت سوم این شرط را در نظر می گیریم که تصویر در فاصله نزدیک تشکیل شده باشد. در این حالت تصویر مجازی است. برای بدست آوردن فاصله جسم از معادله عدسی، داریم:

$$large begin{aligned}
&frac{1}{d_o}=frac{1}{f}-frac{1}{d_i}=frac{1}{f}-left( frac{-1}{d_i}right) \
&frac{1}{d_o}=frac{1}{f}+frac{1}{d_i} rightarrow d_i=N \
&frac {1}{d_o}=frac{1}{f}+frac{1}{N}=frac{N}{f N}+frac{f}{f N}=frac{N+ f }{f N} \
&d_o=frac{f N}{N+f}
end{aligned}$$

مجدداً با استفاده از تقریب زاویه کوچک مقدار مماس زاویه را برابر با خود زاویه در نظر می گیریم و داریم:

$$large begin{aligned}
&theta=frac{h}{N} \
&theta^{prime}=frac{h}{d_o}=frac{h}{frac{ f N}{N+f}}=hleft(frac{N+f}{f N}right)
end{aligned}$$

و بزرگنمایی زاویه ای در این حالت برابر است با:

$$large begin{aligned}
&M=frac{theta^{prime}}{theta}=frac{hleft(frac{N+f}{f N}right)}{ frac{h}{N}}\
&M=hleft(frac{N+f}{f N}right)left(frac{N}{h}right) \
&M= frac{N+f}{f}=frac{N}{f}+frac{f}{f} \
&M=frac{N}{f}+1
end{aligned}$$

ذره بین برای چه مواردی استفاده می شود؟

ذره بین در حدود سال 1250 در اروپا اختراع شد. امروزه، بیش از 750 سال پس از معرفی این اختراع به جامعه، ذره بین ها در صدها سبک و اندازه، از طرح های اکریلیک ساده برای مصارف خانگی گرفته تا عدسی های ذره بین موجود در میکروسکوپ های پرقدرت برای تحقیق علمی. . ذره بین ها به افراد دارای مشکلات بینایی و افراد حرفه ای مانند جواهرات و عکاسان کمک می کند.

مشکلات بینایی را با ذره بین حل کنید

معمولاً از ذره بین برای کمک به افرادی که مشکلات بینایی دارند استفاده می شود. عینک نوعی ذره بین است که مشکلات بینایی مختلف از نزدیک بینی، دوربینی تا آستیگماتیسم را اصلاح می کند. افراد مبتلا به دژنراسیون ماکولا یا مشکلات چشمی ناشی از گلوکوم یا دیابت اغلب از ذره بین برای خواندن کتاب، روزنامه و سایر مطالب چاپی استفاده می کنند. ذره بین های نصب شده در دستگاه های مطالعه که می توانند اندازه مواد چاپی را سه تا ده برابر اندازه معمول خود بزرگ کنند برای افراد مبتلا به بیماری های مختلف چشم بسیار مفید است.

ابزار علمی و پزشکی با ذره بین

ذره بین ها را می توان بر روی پایه ها نصب کرد تا میکروسکوپ هایی را ایجاد کند که دانشمندانی مانند شیمیدان ها و زیست شناسان از آنها برای انجام تحقیقات علمی استفاده می کنند. میکروسکوپ همچنین در تحقیقات پزشکی و در آزمایشگاه های پزشکی برای بررسی خون و سایر مایعات و بافت های بدن استفاده می شود.

میکروسکوپ ها می توانند اجسام را هزاران بار بزرگ کنند و به این ترتیب اندام ها و قسمت هایی از انواع مختلف مواد را که با چشم غیر مسلح دیده نمی شوند، ممکن می سازند. برخی از میکروسکوپ ها مجهز به دوربین هایی هستند که این تصاویر بزرگنمایی شده را ثبت می کنند.

ابزار حرفه ای با ذره بین

میکروسکوپ ها توسط متخصصان حرفه ای مانند جواهرسازان و عکاسان در کار خود استفاده می شود. جواهرسازان سنگ های قیمتی را با دستگاه هایی به نام لوپ ارزیابی می کنند که از سه عدسی با بزرگنمایی متفاوت بر روی یک استوانه پلاستیکی نصب شده اند. لوپ‌ها به جواهرسازان اجازه می‌دهند تا معایب و ناخالصی‌هایی را ببینند که می‌تواند بر ارزش الماس، زمرد و سایر سنگ‌های قیمتی تأثیر بگذارد. عکاسان همچنین از ذره بین برای ویرایش و ارزیابی عکس ها استفاده می کنند. با استفاده از یک ذره بین، یک عکاس می تواند دانه ها را در یک عکس ببیند، که به آنها اجازه می دهد متوجه شوند که هر ناحیه در هنگام بزرگنمایی چقدر واضح به نظر می رسد. لنزهای دوربین نیز نوعی ذره بین هستند که می توانند اجسام دور را در عکس ها بزرگ کنند.

در خانه و برای تفریح ​​از ذره بین استفاده کنید

بسیاری از افراد از ذره بین برای سرگرمی، صنایع دستی و سایر کارهای روزمره در اطراف خانه استفاده می کنند. کلکسیونرهای سکه از یک ذره بین برای تشخیص سایش روی سکه استفاده می کنند که به تعیین ارزش آن کمک می کند.

کلکسیونرهای تمبر از یک ذره بین برای بررسی وضعیت و اصالت تمبرها استفاده می کنند. ذره بین های بدون دسته که به پایه متصل می شوند برای سوزن دوزی، سوزن دوزی و بافتنی مفید هستند. یک ذره بین برای خواندن جزئیات روی نقشه ها و خواندن پرینت های اسناد قانونی نیز مفید است.

چگونه یک ذره بین بسازیم؟

تصویر ۷: ابزار لازم برای ساخت ذره بین

در این قسمت قصد داریم طرز ساخت ذره بین را به راحتی و با حداقل امکانات به شما آموزش دهیم. الزامات اولیه برای ساخت این ذره بین عبارتند از:

یک بطری پلاستیکی تمیز

خودکار نشان گذار

قیچی

اب

تصویر ۸: ساخت ذره بین مرحله اول
تصویر ۹: ساخت ذره بین مرحله دوم
تصویر ۱۰: ساخت ذره بین مرحله سوم

روی بدنه بطری و قسمتی از بطری که به سمت داخل خم می شود دایره ای بکشید. با استفاده از یک جسم گرد این دایره را روی بطری بکشید. دایره را برش دهید و از بقیه بطری جدا کنید و روی دیسک دایره ای که درست کرده اید مقداری آب بریزید.

اکنون دیسک را به سمت صفحه کتاب به جلو و عقب ببرید تا کلمات را واضح و بزرگتر ببینید. وقتی این اتفاق می افتد و حروف بزرگتر را می بینید، باید به شما تبریک گفت زیرا یک ذره بین ساخته اید.

جایگزین های ذره بین چیست؟

ذره‌بین‌ها معمولاً قدرت بزرگ‌نمایی پایینی بین $$ برابر 2$$ و $$ برابر 6$$ دارند و انواع ذره‌بین‌های با بزرگ‌نمایی کمتر بسیار رایج‌تر هستند. در واقع، در بزرگنمایی های بالاتر، کیفیت تصویر یک ذره بین ساده به دلیل انحرافات نوری و به خصوص انحرافات کروی بدتر می شود.

در صورت نیاز به بزرگنمایی بیشتر یا تصویر بهتر، معمولاً از انواع دیگری از ذره بین ها استفاده می شود. یک لوپ Coddington بزرگنمایی بالاتر با کیفیت تصویر بهبود یافته ارائه می دهد. با قرار دادن یک لوپ چند هدفه مانند سه گانه هاستینگز می توان حتی تصاویر با کیفیت بهتری به دست آورد. ذره بین های پرقدرت گاهی اوقات در یک پایه استوانه ای یا مخروطی بدون دسته نصب می شوند که به آن ذره بین می گویند.

بزرگنمایی در چنین ذره بین ها می تواند تا 30 برابر برسد. در این ترتیب بزرگنمایی، دیافراگم ذره بین بسیار کوچک می شود و باید خیلی نزدیک به جسم و چشم قرار گیرد. برای استفاده آسان تر یا بزرگنمایی بالاتر از حدود $$ برابر 30 $$، باید از میکروسکوپ استفاده شود.

به انواع ذره بین ها چه می گویند؟

یک ذره بین را می توان به راحتی با استفاده از لنزهای شیشه ای کروی با تحدب مضاعف ساخت. این ابزار می تواند یک راه حل رضایت بخش برای یک میدان دید محدود باشد. ابزارهای نوری پلاستیکی (این مواد معمولاً از مواد آلی ساخته می شوند و ترکیبات شیمیایی اصلی آن کربن، هیدروژن و اکسیژن است) اغلب به جای شیشه استفاده می شود و با این ابزارها معمولاً ساخت عدسی های کروی کار سختی نیست.

عدسی‌های آپلاناتیک عدسی‌هایی هستند که از دو عدسی پلانوکانوکس تشکیل شده‌اند که سطح محدب آن در قسمت داخلی عدسی قرار دارد. این عینک به دلیل اعوجاج کمی تصویر به عنوان عینک مطالعه شناخته می شود.

به طور کلی، ذره بین های بزرگ معمولاً به صورت لنزهای فرنل (یعنی ذره بین های صفحه نازک) ساخته می شوند، اما در این مورد کیفیت تصویر معمولاً خیلی خوب نیست.

چه نوع لنزهایی در ذره بین ها استفاده می شود؟

ویژگی خاص ذره بین ساختار آن است. در واقع در یک ذره بین، یک عدسی دو محدب (عدسی که از دو طرف محدب است) در یک قاب قرار گرفته و به یک دسته متصل است. در واقع اجزای اصلی ذره بین لنزها هستند و به همین دلیل گاهی به آنها ذره بین نیز می گویند.

تفاوت بین ذره بین و میکروسکوپ چیست؟

تفاوت بین ذره بین و میکروسکوپ در تعداد عدسی های استفاده شده برای این دو ابزار است. با ذره بین یا لنز دستی، بزرگنمایی به یک لنز محدود می شود. از آنجایی که یک لنز فاصله کانونی مشخصی از لنز تا نقطه کانونی لنز دارد، بزرگنمایی عدسی ثابت است.

در سال 1673، “آنتونی ون لیوونهوک” (Antony van Leeuwenhoek) با استفاده از یک میکروسکوپ ساده یا ذره بین با بزرگنمایی 300 برابر ($$ برابر 300$$) جهان را به یک موجود کوچک مقایسه کرد. اگرچه Leevanhoek از یک لنز دوقعر استفاده می‌کرد که وضوح تصویر بهتری (اعوجاج کمتر) ایجاد می‌کرد، اما بیشتر دوربین‌های دوچشمی از یک لنز محدب استفاده می‌کنند.

یافتن بزرگنمایی در میکروسکوپ های مرکب مستلزم دانستن بزرگنمایی هر عدسی است که تصویر از آن عبور می کند و خوشبختانه معمولاً بزرگنمایی هر عدسی روی آن مشخص می شود.

میکروسکوپ‌های کلاسی معمولی معمولاً دارای چشمی هستند که جسم را تا 10 برابر اندازه واقعی آن بزرگ‌نمایی می‌کند. معمولاً عدسی های شیئی میکروسکوپ های مرکب به یک دماغه چرخان متصل می شوند تا ناظر بتواند با چرخاندن دماغه میزان بزرگنمایی و فوکوس را تغییر دهد.

برای یافتن بزرگنمایی کلی دستگاهی که از چند عدسی تشکیل شده است، باید بزرگنمایی لنزها را در هم ضرب کنید. اگر از طریق عدسی با کمترین قدرت به یک جسم نگاه کنید، تصویر از طریق عدسی 4 برابر و از طریق چشمی 10 برابر بزرگ‌نمایی می‌شود. بنابراین، کل بزرگنمایی در این ابزار برابر است:

$$بزرگ 4 برابر 10=40$$

بنابراین تصویر 40 برابر ($$ برابر 40$$) بزرگتر از اندازه واقعی است. برای آشنایی بیشتر با میکروسکوپ مقاله میکروسکوپ و انواع آن – به زبان ساده را مطالعه کنید.

تصویر ۱۱: میکروسکوپ و ذره بین

نمونه هایی از ذره بین

سؤال : اگر تصویر جسمی روی شبکیه زاویه 30 درجه ایجاد کند، زاویه جسم روی شبکیه 5 درجه است. بزرگنمایی زاویه ای این تصویر چقدر است؟

پاسخ : از آنجایی که زاویه داده شده است، بزرگنمایی به راحتی برابر با نسبت بین زاویه تصویر و زاویه جسم است و برابر است با:

$$large M=frac{theta_i}{theta_o}=frac{30}{5}=6$$

سوال : لنز با فاصله کانونی 14 سانتی متر اگر تصویر مجازی در فاصله نزدیک ایجاد کند (با فرض اینکه فاصله نزدیک 25 سانتی متر باشد) بزرگنمایی زاویه ای چقدر است؟

پاسخ : بزرگنمایی زاویه ای در این حالت برابر است با:

$$large M=frac{N}{f}+1=frac{25}{14}+1=2.79 times$$

با فرض مجازی بودن تصویر، $$d_i=-25cm$$ خواهد بود. بنابراین فاصله جسم را با رابطه عدسی به صورت زیر بدست می آوریم:

$$large d_{mathrm{o}}=left[frac{1}{f}-frac{1}{d_{mathrm{i}}}right]^{-1}= چپ[frac{1}{14 mathrm{~cm}}-frac{1}{-25 mathrm{~cm}}right]^{-1}=underline{underline{8.97 mathrm {~cm}}}$$

سوال : یک ورق کاغذ را به دو قسمت تقسیم کرده ایم که اندازه هر کدام یک میلی متر مربع است. این برگ ها را در فاصله 9 سانتی متری از ذره بین قرار می دهیم. فاصله کانونی لنز استفاده شده در این ذره بین 9 سانتی متر است و ذره بین نزدیک چشم قرار می گیرد. الف) بزرگنمایی خطی ایجاد شده توسط عدسی چقدر است؟ سطح جسم در تصویر مجازی چقدر است؟ ب) بزرگنمایی زاویه ای عدسی چقدر است؟ ج) آیا بزرگنمایی قسمت های (الف) و (ب) یکسان است؟

پاسخ : با توجه به رابطه حاکم بر عینک می توان فاصله بین تصویر و چشم را بدست آورد.

$$large frac{1}{f}=frac{1}{v}+frac{1}{u}$
$$large frac{1}{10}=frac{1} {v}+frac{1}{9}$
$$large frac{1}{v}=-frac{1}{90}$
$$large v=-90$$

بنابراین، بزرگنمایی عدسی برابر است با:

$$بزرگنمایی بزرگ، m=-frac{u}{v}
$$large m=10$$

در نتیجه مساحت ورق کاغذ در تصویر مجازی تولید شده برابر با $10^2 A$$ است و داریم:

$$large A^{prime}=10^2times 1=100mm^2=1cm^2$$

ب) برای بزرگنمایی زاویه ای با توجه به شرایط بیان شده برای ذره بین، این شرایط از شرط اول پیروی می کند و داریم:

$$large M=frac{N}{d_o}=frac{25}{9}=2.8$$

ج) همانطور که می بینید، بزرگنمایی خطی و زاویه ای، یعنی قسمت های A و B با هم برابر نیستند. هنگامی که تصویر در نزدیکی در نزدیکی نقطه تشکیل شود، این دو کمیت برابر هستند.

سؤال : جسمی با ارتفاع 2 میلی متر در فاصله 10 سانتی متری از ذره بین قرار می گیرد. نزدیک ترین نقطه برای این حالت 25 سانتی متر است. طول تصویر و زوم زاویه ای را مشخص کنید.

پاسخ : باز هم با مقایسه حالت های داده شده برای بزرگنمایی ذره بین و حالت داده شده در مسئله بزرگنمایی زاویه ای برابر است با:

$$large M=frac{N}{d_o}=frac{25}{10}=2.5$$

و طول تصویر برابر با $2.5 برابر 2 $ $ و برابر با 5 میلی متر است.

سوال : از عدسی با فاصله کانونی 25 سانتی متر به عنوان ذره بین استفاده می شود. الف) بزرگنمایی زاویه ای را در حالتی که تصویر در فاصله نزدیک تشکیل شده است محاسبه کنید. ب) بزرگنمایی زاویه ای را در حالتی که تصویر در بی نهایت تشکیل شده است محاسبه کنید.

پاسخ : در موردی که تصویر در فاصله نزدیک تشکیل شده باشد، از حالت سوم صحبت می کنیم. در این حالت، بزرگنمایی زاویه ای برابر است با:

$$large M=frac{N}{f}+1=frac{25}{25}+1=2$$

ب) در حالتی که تصویر در بی نهایت تشکیل شده باشد، با حالت دوم تشکیل تصویر با ذره بین روبرو هستیم و بزرگنمایی زاویه ای برابر است با:

$$large M=frac{N}{f}=frac{25}{25}=1$$

معرفی فیلم آموزشی اپتیک فرادرس

گروه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزشی نوری نموده است. این مجموعه آموزشی شامل نه درس است و برای دانشجویان رشته های فیزیک، مهندسی فوتونیک و شیمی فیزیک و علاقه مندان به اپتیک مفید است. پیش نیازهای این دوره آموزش ریاضی عمومی 1 و آموزش ریاضی عمومی 2 می باشد.

درس اول این مجموعه به انتشار نور و امواج می پردازد و درس دوم به بازتاب و شکست نور می پردازد. درس سوم به تشکیل تصاویر در شکست نور و درس چهارم به درک دستگاه های نوری اختصاص دارد. در درس پنجم و ششم به ترتیب با تداخل نوری و پراش نور آشنا می شوید و در درس هفتم مفاهیم مربوط به نور پلاریزه بررسی می شود. درس هشتم این مجموعه به آموزش مفاهیم اتم و فوتون می پردازد و در نهایت درس نهم به اپتیک و اپتیک پیشرفته اختصاص دارد.

نتیجه

در این مطلب در مورد ذره بین و کاربردهای آن صحبت کرده ایم. برای شروع بحث ابتدا کلمه کلیدی جنسیت و ویژگی های مهم ذره بین را توضیح دادیم. در ادامه به توضیح ذره بین و فیزیک ذره بین پرداخته ایم و روند بزرگنمایی در ذره بین را بررسی کرده ایم. همچنین کاربردهای ذره بین را معرفی کردیم و در قسمت آخر تفاوت های ذره بین و میکروسکوپ را توضیح دادیم.

سارا داستان (+)

«سارا داستان»، دکتری فیزیک نظری از دانشگاه گیلان دارد. او به فیزیک بسیار علاقه‌مند است و در زمینه‌ متون فیزیک در مجله فرادرس می‌نویسد.

مطالب مرتبط

برچسب‌ها

آنها از ابزاری به نام ذره بین برای دیدن اجسام بسیار کوچک استفاده می کنند. ذره بین یک عدسی همگرا است که می تواند اجسام کوچک را بزرگ کرده و آنها را به راحتی قابل مشاهده کند. لنز این دستگاه یک طرف یا دو طرف لنز دارد. رصد اجسام کوچک با ذره بین که در کتاب های علوم پایه پنجم و ششم نیز معرفی شده است با قرار دادن آنها در فاصله کانونی این دستگاه امکان پذیر می شود. این دستگاه و کاربردهای آن در این مقاله توسط جهان شیمی فیزیک ارائه و بررسی شده است.

لنز وسیله ای شیشه ای است که نور تابیده شده از آن عبور می کند و می تواند پخش یا متمرکز شود. برخی از لنزها ممکن است پلاستیکی باشند. برخی از انواع مختلف دستگاه هایی که از لنز در ساختار خود استفاده می کنند عبارتند از: لنز دوربین، دوربین دوچشمی، عینک و غیره. دو نوع عدسی به نام های همگرا (کوج) یا محدب و واگرا (کاو) یا مقعر وجود دارد. در عدسی محدب قسمت بیرونی کره و کاسه آن رو به بیرون است و نور پس از عبور از آن به صورت همگرا خارج می شود. برعکس، در نوع Kav، عدسی به سمت داخل کروی است و نور پس از عبور از آن واگرا می شود.

دیوپتر واحدی است که برای اندازه گیری قدرت عدسی و آینه استفاده می شود. دیوپتر برعکس فاصله کانونی عدسی و آینه است که بر حسب متر اندازه گیری می شود.

ذره بین چیست؟

برای دیدن اجسام بسیار کوچک از وسیله ای استفاده می کنند که تصاویر بزرگ تری از آن ها تشکیل می دهد که به راحتی توسط ناظر قابل مشاهده است. این دستگاه ذره بین نام دارد که از یک عدسی محدب تشکیل شده است. برای سهولت استفاده، کل لنز در یک قاب دسته قرار می گیرد. بزرگنمایی و قابل رویت شدن تصویر اجسام توسط این دستگاه بستگی به موقعیت جسمی دارد که باید در فاصله کانونی آن باشد. در ذره بین، عدسی بین چشم و جسم قرار می گیرد.

ذره بین چیست؟

در حالت عادی و بدون استفاده از این ابزار، نقطه مجاورت نقطه ای است که برای دیدن اجسام کوچک استفاده می شود. این نقطه نزدیکترین فاصله بین جسم و چشم فرد است، تا زمانی که جسم به صورت تاری دیده نشود. بسته به سن افراد، نقطه پایانی متفاوت خواهد بود. فاصله کانونی ذره بین های معمولی 25 سانتی متر است که دارای قدرت اپتیکی 4 می باشد در این نوع ذره بین که علامت 2 ͯ نوشته شده است نشان دهنده بزرگنمایی تصاویر تا دو برابر می باشد.

ذره بین را کشف کنید

در سال 424 قبل از میلاد، برای اولین بار با استفاده از یک کره ساخته شده از شیشه و پر از آب، توانستند بزرگنمایی تصاویر را با استفاده از لنز ببینند. ارسطو از این کشف برای دیدن حروف بسیار کوچک استفاده کرد. در قرن نوزدهم، خواص و ویژگی های این دستگاه برای اولین بار توسط راجر بیکن معرفی شد. در این قرن بود که برای اولین بار شیشه در ایتالیا ساخته شد.

نحوه عملکرد ذره بین

برای توضیح عملکرد دوربین دوچشمی می توان از این نکته استفاده کرد که اگر زوایای پرتوهای تابش اشیاء به چشم بزرگتر باشد، تصویر دیده شده از این اجسام بزرگتر خواهد بود. زیرا می توان تصاویر بزرگتری از این اجسام روی شبکیه ایجاد کرد. دومین چیزی که در این زمینه باید بدانید، تشکیل تصاویر بزرگتر، مجازی و عمودی از اجسامی است که در فاصله کانونی عدسی های محدب قرار می گیرند. تصویری را که این عدسی تشکیل می دهد به عنوان یک جسم برای چشم در نظر می گیریم. پس از این تصویر در نقش جسم، تصاویر بزرگتری در شبکیه ایجاد می شود. زیرا زاویه بزرگتری در چشم ایجاد می کند.

چگونگی عملکرد ذره بین

بزرگنمایی ذره بین نیز با مقایسه زاویه تصاویر برای دو حالت استفاده از لنز و عدم استفاده از لنز به دست می آید. در این دو حالت وقتی جسم نزدیک به چشم قرار می گیرد، می توان اندازه تصاویر ایجاد شده را در مورد عدسی جلوی چشم و در صورت عدم وجود عدسی در جلوی چشم مقایسه کرد و بزرگنمایی را می توان به دست آورد.

انواع ذره بین

ساز ذکر شده برای میدان دید ضعیف بهترین است و از لنزهای دو شیشه ای ساخته شده است. همانطور که قبلا ذکر شد، لوپ ها علاوه بر شیشه از پلاستیک نیز ساخته می شوند که از مواد آلی (ترکیبات کربن، هیدروژن و اکسیژن) ساخته شده است. یک نوع عینک مناسب برای خواندن، آپلاناتیک نامیده می شود و از دو عدسی پلانوکانوکس تشکیل شده است. سطح عدسی این عینک در سمت داخلی آن قرار دارد.

انواع ذره بین

مشاهده می شود که انحراف جزئی از تصاویر شکل گرفته به این صورت وجود دارد. اما دوربین های دوچشمی بزرگتر تصاویر باکیفیت تشکیل نمی دهند و به صورت لنزهای فرنل با صفحات نارک ساخته می شوند. دوربین دوچشمی را می توان در اندازه های مختلف 100 میلی متر (سایز بزرگ)، 75 میلی متر (سایز متوسط) و 40 میلی متر (اندازه کوچک) ساخت. انواع متداول آنها که برای دانش آموزان نیز استفاده می شود از پلاستیک مات ساخته شده است.

چگونه یک ذره بین بسازیم

یک ذره بین ساده را می توان با استفاده از ابزارهای ساده از جمله بطری پلاستیکی، نشانگر، قیچی و آب ساخت. اولین قدم کشیدن یک دایره در سمتی است که منحنی دایره ای به سمت داخل است. پس از اسکنه کردن و بریدن این قسمت از بطری، روی آن آب بریزید. اکنون می توان عملکرد این دیسک پر از آب را با حرکت به جلو و عقب در نوشته های یک کتاب درک کرد. این نوشته ها با این دستگاه بزرگتر دیده می شود که نشان می دهد دستگاه مذکور ذره بین است.

تفاوت بین ذره بین و میکروسکوپ

این ساختار دوربین دوچشمی است که تفاوت بین آنها را مشخص می کند. همانطور که گفته شد این دستگاه که به آن ذره بین لنز نیز می گویند از یک عدسی دو محدب تشکیل شده است. اما تفاوت این دستگاه با میکروسکوپ در تعداد عدسی هایی است که آنها را تشکیل می دهند. زیرا دوربین دوچشمی از یک عدسی تشکیل شده و بزرگنمایی تصاویر اجسام نیز با همان عدسی انجام می شود. با توجه به تعریف فاصله کانونی در آنها، بزرگنمایی لنزها ثابت است.

اما میکروسکوپ‌های معمولی که در آزمایشگاه‌های مدرسه استفاده می‌شوند، اجسام را تا 10 برابر بزرگ‌نمایی می‌کنند. میکروسکوپ‌های مرکب دارای عدسی‌های شیئی هستند که به یک آرمیچر چرخشی متصل هستند که امکان تغییر بزرگنمایی و فوکوس را فراهم می‌کند. وقتی یک میکروسکوپ از چندین عدسی و عدسی تشکیل شده باشد، بزرگنمایی آن حاصل بزرگنمایی عدسی ها خواهد بود. تصویر جسم مشاهده شده توسط شی 4 برابر بزرگتر می شود اما با چشمی اندازه این تصویر 10 برابر بزرگتر می شود. در این حالت کل بزرگنمایی 40 خواهد بود.

تفاوت ذره بینها با میکروسکوپ

بزرگنمایی انواع دوربین دوچشمی

قدرت بزرگنمایی ذره بین های معمولی 2 تا 6 برابر است. اما زمانی که از ذره بین با بزرگنمایی بالاتر استفاده شود، تصاویر ایجاد شده کیفیت پایین تری خواهند داشت. زیرا در این دستگاه ها انحرافات نوری و کروی زیادی وجود دارد. بنابراین برای ایجاد تصاویر با بزرگنمایی بیشتر و همچنین کیفیت بهتر از نوع خاصی از ذره بین استفاده می شود. یک نوع آن کودینگتون و دیگری سه قلوهای هاستینگر هستند که لنزهای متعددی دارند.

بزرگنمایی این نوع ذره بین می تواند تا 30 برابر باشد. هنگامی که بزرگنمایی دوربین های دوچشمی بسیار زیاد است، دیافراگم آنها کاهش می یابد و در فاصله کمتری از جسم و چشم قرار می گیرد. اگر می خواهید تصاویری با بزرگنمایی بیشتر از 30 داشته باشید، از میکروسکوپ استفاده می کنید.

کاربردهای ذره بین

امروزه بیش از صدها نوع ذره بین در اندازه ها و وزن های مختلف وجود دارد که کاربردهای متفاوتی دارند. نوع نور اکریلیک آنها که در خانه ها استفاده می شود ساده ترین و نوع پیشرفته آنها در میکروسکوپ های پرقدرت نیز استفاده می شود. رایج ترین کاربرد این دستگاه ساخت عینک برای افراد دارای مشکلات بینایی است. از این ابزار در عکاسی و ساخت جواهرات نیز استفاده می شود.

عینک درست کن

مشکلات بینایی مانند دوربینی، نزدیک بینی و آستیگماتیسم با استفاده از عینک که در واقع نوعی ذره بین است برطرف می شود. همچنین از این دستگاه برای اصلاح دید افراد مبتلا به مشکلات چشمی ناشی از دیابت استفاده می شود. می توان از ذره بین برای خواندن کتاب (بزرگنمایی 3 تا 10 برابر) و مطالب چاپی استفاده کرد.

کاربرد در تحقیقات علمی

شیمیدانان، زیست شناسان و محققان پزشکی برای انجام پروژه های علمی خود از ذره بین در ساختار میکروسکوپ ها استفاده می کنند. به خصوص در آزمایشگاه های خون و مایعات بدن از این ابزار بسیار استفاده می شود. میکروسکوپ ها توانایی بزرگنمایی اجسامی را دارند که با چشم غیر مسلح دیده نمی شوند تا هزاران بار. علاوه بر این، برخی از میکروسکوپ ها به لطف وجود دوربین در ساختار خود می توانند تصاویر مشاهده شده را ضبط و ذخیره کنند.

دوربین های دوچشمی حرفه ای تر

دستگاه هایی که جواهرسازان برای مشاهده سنگ های قیمتی استفاده می کنند دارای سه عدسی هستند. این لنزها بزرگنمایی متفاوتی دارند و بر روی یک استوانه پلاستیکی قرار دارند. نام این دستگاه لوئیس است و ناخالصی های موجود در سنگ های قیمتی مانند الماس را تشخیص می دهد. ویرایش و ارزیابی عکس ها نیز توسط عکاس با استفاده از دوربین لوئیس انجام می شود. اجسام دور از طریق عدسی های دوچشمی بزرگ شده و قابل مشاهده هستند. برای تعیین سایش سکه ها و تعیین اصالت تمبرها از ذره بین استفاده می شود.