Mikroskop

Ein Mikroskop ist ein optisches Gerät, mit dessen Hilfe man sehr kleine Objekte um ein Vielfaches vergrößert sehen kann. Durch eine Vergrößerung in zwei Stufen erreicht man eine Gesamtvergrößerung bis zum 1000fachen der Gegenstandsgröße.

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: 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 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:

$\begin{array}{l}V=V_1\cdot V_2\\ V_{\text{1}}\text{ Vergrößerung des Objektivs}\\ V_{\text{2}}\text{ Vergrößerung des Okulars}\end{array}$

Bei einem Lichtmikroskop wird mit Vergrößerungen von bis zu etwa 1000 gearbeitet. Sind höhere Vergrößerungen notwendig, so nutzt man meist Elektronenmikroskope.

Regeln für die Handhabung eines Mikroskops

Beim Arbeiten mit einem Mikroskop sollte man die folgenden Regeln beachten, die zugleich eine zweckmäßige Schrittfolge darstellen:

1. Lege zunächst den Objektträger mit dem zu untersuchenden Objekt so auf den Objekttisch, dass das Objekt über der Öffnung liegt! Klemme den Objektträger fest!

2. Um dir einen Überblick über das zu untersuchende Objekt zu verschaffen, stelle mit dem Objektivrevolver die kleinste Vergrößerung ein!

3. Bewege durch Drehen des Triebrades das Objektiv bis in die Nähe des Objektes. Kontrolliere dabei von der Seite, damit das Objektiv das Objekt nicht berührt, sonst können Objektiv und Objekt beschädigt werden!

4. Schaue durch das Okular und stelle das Objekt scharf ein, indem du durch Drehen des Triebrades den Abstand Objekt - Objektiv langsam vergrößerst!

5. Reguliere, wenn notwendig, die Helligkeit mithilfe der Blende oder des Spiegels!

6. Verschiebe nun den Objektträger mit dem Objekt solange auf dem Objekttisch, bis du eine Stelle des Objektes gefunden hast, die günstig betrachtet werden kann!

7. Betrachte das Objekt genau! Fertige eine Übersichtsskizze an!

8. Wähle eine stärkere Vergrößerung und betrachte das Objekt erneut! Ergänze die Skizze und beschrifte sie!

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 Vergrößerungen bis 500.000. Bild 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines solchen Mikroskops. Die Ablenkung des Elektronenstrahls erfolgt nicht mit Linsen, sondern mithilfe magnetischer bzw. elektrischer Felder.

Die Entwicklung solcher Elektronenmikroskope ist inzwischen so weit fortgeschritten, dass man mit ihnen auch einzelne atomare Strukturen abbilden kann. Bild 6 zeigt ein Beispiel dafür: Zu sehen ist die elektronenmikroskopische Aufnahme eines Kristalls von Bariumtitanat (BaTiO3). Jeder helle Punkt ist ein Atom bzw. eine Atomsäule. Der angegebene Maßstab ist 0,5 Nanometer (0,5 nm). Ein Nanometer ist der milliardste Teil eines Meters.