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어린이 과학 실험실
물 한 방울에서 현미경. 어린이과학실
XNUMX 학년 인 Sasha Putyatin은 모스크바 근처의 과학자 도시 Dubna에 살고 있으며 물리학을 매우 좋아합니다. 한번은 유명한 과학 서적을 훑어보다가 호기심 많은 그림을 발견했습니다. 그 위에 공이 몇 개 있었고 바닥에는 "전자 현미경을 사용하여 얻은 분자 사진"이라는 문구가 새겨 져 있습니다. 마음 속으로 물리학 교과서를 뒤집은 소년은 또 다른 친숙한 그림을 빠르게 상상했습니다. 와이어 조각과 그 내부에서 빼기 기호 인 전자와 함께 움직이는 점입니다. 이 입자들의 도움으로 어떻게 사진을 얻을 수 있었습니까? 그리고 Sasha는 계단 통 Andrei Guryev에서 그의 이웃에게 설명을 위해 달렸습니다. Andrei는 XNUMX 학년이며 물리학 학부 대학 입학을 준비하고 있습니다. Sasha에게 더 나은 컨설턴트를 찾기가 어렵습니다... - 전자현미경에 관심이 있으신가요? -Andrey가 다시 물었습니다. - 일반적인 것이 어떻게 작동하는지 아십니까? - 왜 그렇게 어려운가요? 사샤가 외쳤다. - 렌즈 몇 개를 튜브에 삽입합니다. 여기 현미경이 있습니다! 앤드류는 웃었다. - 정말로, 얼마나 쉬운가! 현미경과 망원경을 동시에! 그러나 농담은 제쳐두고. 하나의 렌즈로 현미경을 만들 수 있다고 생각하십니까? - 알겠습니다. 렌즈가 하나일 때 이러한 장치를 돋보기라고 합니다. - 오른쪽. 하지만 연못의 미세 개체군을 처음 본 네덜란드의 생물학자 Anthony van Leeuwenhoek가 돋보기를 사용했고 이 장치가 현재 Leeuwenhoek의 현미경이라고 불리는 것을 알고 계셨습니까? 게다가 그것은 보통의 현대 현미경과 같은 배율을 가졌습니다. - 하나만 있으면 충분하다면 왜 다중 렌즈 현미경을 만드는지 명확하지 않습니까? - 이것은 매우 흥미로운 질문입니다. 알아내자... 인간의 눈은 이 구조의 두 요소 사이의 거리가 0,08mm보다 크면 미세 구조를 구별할 수 있습니다. 그러나 생명체는 훨씬 더 미세한 구조를 가진 물체를 고려해야 하는 문제를 제기합니다. 이것은 광학 기기가 구출되는 곳입니다. 단일 렌즈로 얻을 수 있는 배율은 250/f로 정의되며, 여기서 f는 밀리미터 단위로 측정된 렌즈의 초점 거리입니다. 그리고 렌즈의 초점 거리는 공식 f \u1d r / (n-1,5)에 의해 결정될 수 있습니다. 여기서 r은 렌즈 표면의 곡률 반경입니다 (단순화를 위해 렌즈의 반경이 다음과 같다고 가정합니다. 전면 및 후면 절반의 곡률), n은 렌즈가 만들어지는 재료의 굴절률입니다. 예를 들어 일반 유리로 만들어진 경우 n = 100이고 렌즈의 초점 거리와 곡률 반경은 같은 크기가됩니다. 따라서 5배의 배율을 얻으려면 직경 10mm의 유리 공을 가져와야 합니다. 그리고 이미지가 왜곡되지 않도록 하려면 볼의 직경보다 약 XNUMX배 작은 직경의 조리개를 관찰 대상과 렌즈 사이에 배치해야 합니다. 또한 조리개는 가능한 한 렌즈에 가깝게 설정해야 합니다. 동일한 배율의 XNUMX개 렌즈 시스템을 구축하려면 초점 거리가 더 긴 렌즈를 사용할 수 있습니다... 그러한 계획은 어떻게 작동합니까? 사샤는 친구의 말을 참을성 없이 방해했습니다. - 그 방법입니다. 첫 번째 렌즈(대물렌즈)로 확대된 물체는 다른 렌즈(접안렌즈)의 도움을 받아 확대경을 통해 볼 수 있습니다. 이러한 시스템의 전체 배율은 대물렌즈 배율과 접안렌즈 배율의 곱입니다. - 대단해! 따라서 세 번째 렌즈를 넣으면 총 증가량이 다시 증가합니다! XNUMX번이면 뭐... -잠깐, 사샤, 세 번째 렌즈로는 성공하지 못할거야. 그리고 그것이 이유입니다. 두 번째 렌즈로 확대된 이미지는 눈에서 가장 좋은 시거리(아시다시피 가장 좋은 시거리는 250mm)에 있습니다. 그리고 돋보기로 사용할 세 번째 렌즈가 효과적으로 작동하려면 문제의 대상이 초점에 가까워야 합니다. 즉, 세 번째 렌즈의 초점 거리는 250mm에 가까워야 하지만 배율은 250/250=1... 즉, 세 번째 렌즈는 작동하지 않습니다. 그러나 그것이 우리를 화나게 해서는 안 됩니다. 결국, 현미경의 배율은 여전히 무제한일 수 없습니다. 그 이유는 렌즈 제조의 복잡성 때문이 아닙니다. 당신과 나는 빛의 파동 특성을 완전히 잊었습니다. 물체를 비추는 빛은 잘 정의된 파장을 가지고 있습니다. 현미경의 배율을 더 높이려면 더 짧은 파장의 방사선으로 전환해야 합니다. 물론 모든 물질 입자는 파동과 미립자 특성을 모두 가지고 있다는 것을 알고 있습니다. 전자는 입자이자 파동입니다. 이것은 우리의 대화가 시작된 전자 현미경에서 사용되는 것입니다. 결국, 전자의 파장은 가시광선의 파장보다 훨씬 작습니다. 그리고 그러한 현미경에는 유리 렌즈 대신 전자기 렌즈가 있습니다. 전자 현미경의 배율은 수십만 배입니다. 개별 분자를 볼 수도 있고 어떤 경우에는 원자도 볼 수 있습니다! - 앤드류, 전자현미경을 만들자! 사샤가 화를 냈다. - 아니오, 우리는 할 수 없습니다. 그러나 우리는 간단한 광학 현미경을 만들 수 있습니다. - 하지만 우리는 단초점 렌즈가 없습니다... 이를 위해서는 굴절률이 공기보다 큰 물질로 작은 공을 만들어야 합니다. 예를 들어 ... 물에서! 이렇게하려면 얇은 금속판을 가져다가 작은 구멍을 뚫습니다. 가장자리는 파라핀으로 문질러야 합니다. 이제 구멍에 물을 떨어 뜨리면 작은 공이 형성됩니다. 결국 물은 파라핀을 적시 지 않습니다. 이것이 우리에게 필요한 렌즈입니다. - 하지만 그런 현미경은 너무 섬세하고 기발하지 않을까요? 아마도 작업하는 것이 그리 편리하지 않을 것입니다. - 그러나 현장 상황에서는 그보다 더 나은 것을 상상할 수 없습니다. 생각해보세요. 구멍이 뚫린 금속판일 뿐입니다! 직경이 다른 구멍을 판에 뚫으면 배율이 다른 현미경을 만들 수 있습니다. 또한 일반 돋보기를 접안렌즈로 사용하면 XNUMX개의 렌즈 시스템을 얻게 됩니다. - 렌즈가 더 내구성이 있다는 것을 여전히 달성할 수 있습니까? - 글쎄, 당신이 주장한다면 더 튼튼한 재료로 만들자. 예를 들어 유리... - 유리는 어떻게 만들어졌나요? 사샤는 놀랐다. - 연약해! 어떻게 처리할까요? - 불이 우리를 위해 유리를 닦을 것입니다. 얇은 유리 막대를 버너의 화염 속으로 천천히 내리면 액체 유리를 포함한 모든 액체의 표면에 표면 장력이 작용하기 때문에 막대 끝에 공이 형성됩니다. 여기 당신을 위한 완성된 내구성 있는 렌즈가 있습니다! 두 명의 젊은 연구자 사이에서 흥미로운 대화가 이루어졌습니다. 아마도 여러분은 Andrey Guryev의 권장 사항을 사용하고 그러한 필드 현미경을 직접 만들고 싶습니까? 저자: S.Valyansky, I.Nadosekina
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