Microscopio

Teoría Poder separador:
Apertura numérica
Poder penetrante
Applet interactivo

Actividades virtuales

Actividades II

-página en inglés-

Historia del microscopio
Museo del microscopio
página en inglés, ¡vale la pena!

 

Teoría del funcionamiento del microscopio

microscopio

El microscopio se utiliza para examinar objetos muy pequeños situados a muy corta distancia de la lente objetivo.

Pulsa aquí para ver una descripción de sus partes

Pulsa para ver tomas de un telescopio conectado a un monitor

Está formado por dos lentes convergentes:

lente objetivo, situada muy cerca del objeto.

lente ocular, al otro extremo del tubo, está situadamás cerca del ojo y hace la función de lupa sobre la imagen que produce la lente objetivo.

La lente objetivo es muy convergente (f=2 cm la de la siguiente figura) y el objeto debe colocarse más allá de su punto focal, pero cerca de él.

microscopio

El ocular se coloca de manera que la imagen formada por la lente objetivo (flecha amarilla) caiga sobre el punto focal de ella, F2. En la figura está un poco más cerca de la lente.

Cuando una imagen se forma en el foco, F2, la luz emerge del ocular en forma de un haz de rayos paralelos y forma la imagen en el infinito, pero el ojo, sin esfuerzo de acomodación, la concentra en la retina.

El ocular logra que veamos la imagen del objetivo con un ángulo aparente mayor que si el objeto estuviera en el punto próximo del ojo.

La lente objetivo produce una imagen mayor, real e invertida, y la lente ocular, actuando sobre ella, la hace más grande pero la deja invertida y virtual.

La imagen que da el microscopio es mayor, virtual e invertida.

La imagen final después de pasar por el ojo se forma en la retina.

La distancia entre el punto focal imagen del objetivo y el punto focal objeto del ocular se llama longitud del tubo, L. En los microscopios tiene un valor fijo: 16 cm.

microscopio

El poder amplificador del microscopio (M) es el producto de la amplificación lateral del objetivo por la amplificación angular del ocular:

El aumento lateral de la lente objetivo es:

{short description of image}

tg Qi=y / f1=- y' / L

Aumento lateral= B = y' / y = -L / f1

El ocular actúa como lupa y da una amplificación angular expresda por la fórmula:

amplificaciónlupa(ver demostración de la amplificación de una lupa):

El ángulo máximo con que el ojo ve el objeto sin usar lentes es el que logra cuando el objeto está situado en el punto próximo del ojo. En esta posición se forma imagen más grande en la retina.

El punto próximo en un ojo normal está a 25 cm por lo que la expresión anterior queda:

Mo=xp /f 2=0,25 / f 2=Potencia del ocular / 4


Como se definió el poder amplificador del microscopio por el producto de la amplificación lateral del objetivo por la amplificación angular del ocular, tenemos:

M=B· M=(L / f1(xp/ f2)

Aumento

Las casas comerciales facilitan con los microscopios unas tablas en las que se indican los aumentos logrados con diferentes objetivos. Son del tipo siguiente:

Objetivo
(distancia focal
en mm)
Aumento Objetivo
(para L=16 cm)
Aumento total Distancia de
trabajo
(mm)
Ocular x5 Ocular x10 Ocular x15
50 3,2 16 32 48 30
25 6,4 32 64 96 14
16 10 50 100 150 8
8 20 100 200 300 2
4 40 200 400 600 0,5
2 80 400 800 1200 0,2

El aumento del objetivo se calcula dividiendo 16 entre la distancia focal en cm (B=y'/y=-L / f1).

El aumento total es el producto de los aumentos ocular y objetivo.

La distancia de trabajo es la distancia existente entre la lente frontal del objetivo y el objeto enfocado. Es siempre menor que la distancia focal del objetivo.

Cuanto mayor es el aumento del objetivo más cerca está del objeto y menor es la lente por lo que llega menos luz al ojo. A mayor aumento menos luminosidad.

Descripción y partes del microscopio


Poder separador.

La luz visible tiene una longitud de onda comprendida entre los 400 y los 700 manometros (nm). Esta característica supone una limitación al poder separador (distancia a la que dos puntos se ven separados). Piensa que la materia, tus manos, por ejemplo, están formadas por átomos, pero tu las ves como un todo continuo.

Cuando se ilumina un objeto, los puntos de su superficie reflejan las ondas luminosas. Dos puntos próximos de la superficie se verán como distintos si la distancia que los separa es grande comparada con la longitud de onda que reciben.

Si la distancia que los separa es inferior a la longitud de onda que los ilumina aparecerán a nuestra vista como dos puntos unidos. De nada sirve entonces aumentar el poder amplificador del microscopio. Lo que lograríamos es aumentar de tamaño aparente esa mancha difusa procedente de la unión de los dos puntos, pero sin conseguir verlos separados.

poder separador

La teoría de la difracción de la luz nos enseña que la imagen que da un punto luminoso no es un punto sino una mancha circular brillante rodeada de anillos concéntricos más apagados.

El diámetro de la mancha dependerá de la longitud de onda con que se ilumine. Si las manchas imagen de dos puntos próximos se producen superpuestas las veremos como un único punto. Sólo las distinguiremos como separadas cuando no se superpongan o se superpongan poco (menos de la mitad de su radio). Estos criterios fueron establecidos por Lord Raileigh.

Se define el poder separador de una lente o en general de un instrumento óptico como su capacidad para separar nítidamente las imágenes de dos puntos próximos. Si "d" es la distancia mínima a que pueden estar separados dos puntos para que sus imágenes se vean como separadas.

Poder Separadoe

Poder separador

La claridad de la imagen crece con el ángulo "a" . Este ángulo es el de semiabertura del objetivo:

ángulo

Existen tres maneras de aumentar el poder separador de un objetivo (disminuir la distancia a la que dos puntos próximos aparecen separados) :


Apertura numérica (A.N.)

El producto, n sen a, que aparece en la expresión del poder separador, se llama apertura numérica (A.N.) de un objetivo y constituye una las características más importantes de la lente. Los fabricantes marcan el número de la apertura numérica en la montura del objetivo junto con el aumento.

objetivo

La calidad de un objetivo es tanto mayor cuanto más elevada es su apertura numérica.

El aumento total más idóneo debe estar comprendido entre 500 (A.N.) y 1000 (A.N.) veces la apertura numérica del objetivo. Oculares de gran potencia favorecen el aumento pero disminuyen la luminosidad, nitidez y las dimensiones del campo visual. Por eso es aconsejable situar el aumento total entre 500 y 1000 veces el valor de A.N.

Esta regla está basada en las relaciones entre los poderes separadores del ojo y del microscopio.

Ejemplo

Según la regla anterior, para un objetivo de aumento x40  y A.N. 0,65  debemos usar un ocular que logre valores comprendidos entre los siguientes aumentos 

500· 0,65=325 aumentos

1000·0,65=650 aumentos

Para lograr valores comprendidos entre 325 y 650 aumentos con un objetivo de x40 debemos emplear oculares de x10 y x15

Así empleando del de x10 el aumento total será 10x40=400 aumentos

Empleando el de x15 el aumento será de 600.

Un ocular x20 producirá imágenes de mayor aumento (800) pero serán poco nítidas.


Profundidad de foco o Poder penetrante.

Existen dos poderes de resolución del microscopio uno en el plano horizontal del enfoque que se estudia como Poder separador y otro en el plano vertical que se estudia como Profundidad de foco o Poder penetrante.

El poder penetrante expresa la cualidad de un objetivo de poder presentar perfectamente detalladas los diversos planos de una preparación sin variar la posición de enfoque. Depende del diseño del objetivo.

El Poder penetrante (Profundidad de foco) es inversamente proporcional al cuadrado de la apertura numérica (A.N.)

Cuanta mayor sea la Profundidad de foco, tanto menor será el Poder separador.

Si quieres conocer algunas notas históricas sobre el descubrimiento del microscopio pulsa aquí.¿Conoces el vidrio Jena? ¿Y la óptica Carl Zeiss?

Si te interesa conocer mas a fondo los microscopios puedes consultar estas publicaciones de Investigación y ciencia