الآلات البصرية - الضوء .. الفيزياء
الآلات البصرية
تتألف الكاميرا بشكل أساسي من مجموعة عدسات تقوم بتجميع الضوء على غشاء ( فیلم ) حساس للضوء في حجرة محكمة ، لا يدخلها الضوء الا اثناء فتح المصراع الذي يعرض الغشاء لقسم من الاشعة الخارجية . أما كمية الضوء الساقط فيحددها حجم الفتحة ذات القطر المتغير ، وزمن التعريض ( وهو عادة جزء من الثانية ) . والمعروف أن اختيار الفتحة وزمن التعريض المناسبين يتمان بواسطة مقياس التعريض .
وتتألف مجموعة العدسات الجيدة من زوجين من العدسات ، لا لون لهما ، ولكل منهما طول بؤري ثابت ، ويكونان على نفس المسافة من الفتحة .
والمعروف أن الضوء الاحمر ينكسر عند مروره بالعدسة المحدبة ويتركز في نقطة بؤرية أبعد عن العدسة من البؤرة التي يتركز فيها اللون الازرق نفسه . ويعد ذلك من أهم المساوىء في العدسات ويسمى الزيغ اللوني ، ولتلافيه ، لا بد من الصاق عدستين زجاجيتين ذواتي معاملين انكساريين مختلفين تكون الاولى مجمعة للضوء والثانية مفرقة له ولكن بشكل ضئيل . يستطيع هذا الزوج تركيز موجتين ضوئيتين مختلفتي الطول في بؤرة واحدة ويقلل بالتالي من أهمية التهاب اللوني .
يتألف معظم التلسكوبات الفلكية الحديثة من جهاز عاكس للضوء تقوم مراته بتجميع الضوء الآتي من النجوم الصغيرة والباهتة التي يصعب عادة رؤيتها بواسطة العين المجردة . ذلك أن المرايا تخلو من الزيغ اللوني ويمكن صقلها على نحو جيد وبدقة فائقة .
ثم ينعكس الضوء على مرآة مقعرة ذات فتحة كبيرة مهمتها تجميع الضوء على لوحة تصويرية تعرض للاشعة لمدة طويلة تبلغ أحيانا ساعات عديدة وأحيانا ، تستعمل مجموعة من المرايا الاضافية مهمتها تعيين مكان الصورة بشكل اكثر وضوحا . ومن الضروري انتقاء مرأة ذات قطر كبير من أجل زيادة وضوح الصورة النهائية .
ويتألف أبسط نموذج للتلسكوب الانكساري من عدستين محدبتين . تقوم الاولى ، وتسمى العدسة الشيئية ، بتجميع الضوء الساقط ( والذي يفترض ان يكون متوازيا مع نفسه ) في بؤرتها ، وتقوم الثانية ، وهي العدسة العينية ، باعطاء صورة النجم النهائية ، وتكون مقلوبة ووهمية في نفس الوقت والمعروف ان تكبير هذا النوع من التلسكوبات يساوي نسبة طول بؤرة الشيئية إلى طول بؤرة العينية . أما المنشور الثنائي العينية فيتألف من اثنين من التسلكوبات الانكسارية ، واحد لكل عين ، ويفصل بين عينية كل واحد منهما وشيئيته مجموعة من المنشورات مهمتها قلب الصورة بواسطة عملية الانعكاس الكلي الداخلي ، مما يقوم الصورة النهائية ويعطيها وضعها الطبيعي وليست عملية تقويم الصورة مهمة في علم الفلك ، بعكس الاستعمالات الارضية التي تقتضي أن يكون أعلى الصورة الى فوق وأسفلها الى تحت .
( مجموعات العدسات والآلات البصرية )
اما المجهر ، فانه يزودنا بصورة مضخمة للاجسام المتناهية في الصغر ، وتكون العدسة المكبرة فيه عادة محدبة الشكل وذات طول بؤري قصير . ثم يوضع الجسم الذي نريد رؤيته بين العدسة وبؤرتها فتتألف من جراء ذلك صورة وهمية وراء البؤرة أي في جهة الجسم نفسه بالنسبة الى العين الناظرة والتكبير الحاصل هو نسبة حجم الصورة الى حجم الشيء نفسه .
والحصول على زيادة في التكبير يتم بواسطة المجهر المركب حيث تقوم العدسة الشيئية بتأليف صورة الجسم في مكان ما بين العينية وبؤرتها . ثم تقوم هذه الاخيرة بدور العدسة المكبرة وتعطي صورة الجسم النهائية وفي هذا النوع من الميكروسكوبات يكون التكبير مساويا لحاصل ضرب تكبير العينية بتكبير الشيئية . ومن الناحية العملية ، يوضع الجسم على شريحة منزلقة ، رقيقة ، تنار من الاسفل بواسطة حزمة ضوئية شديدة ويراعى أيضا في العدستين خلوهما من الزيغ اللوني ومن بقية المساوىء التي تحدث اثناء صناعة العدسات . ويتراوح الحد الاقصى للتكبير بين ۱٠٠٠ و ۳۰۰۰ مرة ، ويتحدد بقدرة تحليل العدسة نفسها ، وهي أصغر مسافة بين نقطتين يستطيع المجهر التمييز بينهما . وبما أن هذه المسافة متناسبة مع طول الموجة نفسه ، فان طبيعة الضوء هي التي تحدد قدرة تحليل العدسة ، ولا يمكن تحسينها من خلال التطوير التقني لصناعة العدسات . وهي تبلغ في المجهر البصري حوالي ٢٠٠ نانومتر .
والجدير بالذكر أن استعمال أشعة ذات موجات قصيرة يتيح زيادة هائلة في قدرة التحليل المجهري . والفرق بين المجهر الالكتروني والمجهر البصري هو ان الاول يستخدم أشعة الكترونية بدلا من الاشعة الضوئية .
والمعروف أن حركة الالكترونات تكون مصحوبة بحركة موجية لها خصائص الموجات الضوئية نفسها وبما أن المجال المغنطيسي قادر على حرف الالكترونات عن خط سيرها ، فانه قادر أيضا على تجميعها في نقطة محددة . ويسمى ذلك العدسة المغنطيسية . ويتعلق طول موجة حركة الالكترونات بالفلطية المستعملة في تسارعها واذا تراوحت الفلطية بین ۳۰ و ۱۰۰ كيلوفلط ، يصبح طول الموجة متراوحا بين ٢ و ٤ نانومتر ، وينتج عن ذلك ان يصل التكبير الى مليون واكثر وان تصبح قدرة التحليل في حدود نانومتر واحد تقريبا .
العينيات المنشورية
المجهر البسيط والمجهر المركب
مقارنة بين المجهر الضوئي والمجهر الالكتروني .
الآلات البصرية
تتألف الكاميرا بشكل أساسي من مجموعة عدسات تقوم بتجميع الضوء على غشاء ( فیلم ) حساس للضوء في حجرة محكمة ، لا يدخلها الضوء الا اثناء فتح المصراع الذي يعرض الغشاء لقسم من الاشعة الخارجية . أما كمية الضوء الساقط فيحددها حجم الفتحة ذات القطر المتغير ، وزمن التعريض ( وهو عادة جزء من الثانية ) . والمعروف أن اختيار الفتحة وزمن التعريض المناسبين يتمان بواسطة مقياس التعريض .
وتتألف مجموعة العدسات الجيدة من زوجين من العدسات ، لا لون لهما ، ولكل منهما طول بؤري ثابت ، ويكونان على نفس المسافة من الفتحة .
والمعروف أن الضوء الاحمر ينكسر عند مروره بالعدسة المحدبة ويتركز في نقطة بؤرية أبعد عن العدسة من البؤرة التي يتركز فيها اللون الازرق نفسه . ويعد ذلك من أهم المساوىء في العدسات ويسمى الزيغ اللوني ، ولتلافيه ، لا بد من الصاق عدستين زجاجيتين ذواتي معاملين انكساريين مختلفين تكون الاولى مجمعة للضوء والثانية مفرقة له ولكن بشكل ضئيل . يستطيع هذا الزوج تركيز موجتين ضوئيتين مختلفتي الطول في بؤرة واحدة ويقلل بالتالي من أهمية التهاب اللوني .
يتألف معظم التلسكوبات الفلكية الحديثة من جهاز عاكس للضوء تقوم مراته بتجميع الضوء الآتي من النجوم الصغيرة والباهتة التي يصعب عادة رؤيتها بواسطة العين المجردة . ذلك أن المرايا تخلو من الزيغ اللوني ويمكن صقلها على نحو جيد وبدقة فائقة .
ثم ينعكس الضوء على مرآة مقعرة ذات فتحة كبيرة مهمتها تجميع الضوء على لوحة تصويرية تعرض للاشعة لمدة طويلة تبلغ أحيانا ساعات عديدة وأحيانا ، تستعمل مجموعة من المرايا الاضافية مهمتها تعيين مكان الصورة بشكل اكثر وضوحا . ومن الضروري انتقاء مرأة ذات قطر كبير من أجل زيادة وضوح الصورة النهائية .
ويتألف أبسط نموذج للتلسكوب الانكساري من عدستين محدبتين . تقوم الاولى ، وتسمى العدسة الشيئية ، بتجميع الضوء الساقط ( والذي يفترض ان يكون متوازيا مع نفسه ) في بؤرتها ، وتقوم الثانية ، وهي العدسة العينية ، باعطاء صورة النجم النهائية ، وتكون مقلوبة ووهمية في نفس الوقت والمعروف ان تكبير هذا النوع من التلسكوبات يساوي نسبة طول بؤرة الشيئية إلى طول بؤرة العينية . أما المنشور الثنائي العينية فيتألف من اثنين من التسلكوبات الانكسارية ، واحد لكل عين ، ويفصل بين عينية كل واحد منهما وشيئيته مجموعة من المنشورات مهمتها قلب الصورة بواسطة عملية الانعكاس الكلي الداخلي ، مما يقوم الصورة النهائية ويعطيها وضعها الطبيعي وليست عملية تقويم الصورة مهمة في علم الفلك ، بعكس الاستعمالات الارضية التي تقتضي أن يكون أعلى الصورة الى فوق وأسفلها الى تحت .
( مجموعات العدسات والآلات البصرية )
اما المجهر ، فانه يزودنا بصورة مضخمة للاجسام المتناهية في الصغر ، وتكون العدسة المكبرة فيه عادة محدبة الشكل وذات طول بؤري قصير . ثم يوضع الجسم الذي نريد رؤيته بين العدسة وبؤرتها فتتألف من جراء ذلك صورة وهمية وراء البؤرة أي في جهة الجسم نفسه بالنسبة الى العين الناظرة والتكبير الحاصل هو نسبة حجم الصورة الى حجم الشيء نفسه .
والحصول على زيادة في التكبير يتم بواسطة المجهر المركب حيث تقوم العدسة الشيئية بتأليف صورة الجسم في مكان ما بين العينية وبؤرتها . ثم تقوم هذه الاخيرة بدور العدسة المكبرة وتعطي صورة الجسم النهائية وفي هذا النوع من الميكروسكوبات يكون التكبير مساويا لحاصل ضرب تكبير العينية بتكبير الشيئية . ومن الناحية العملية ، يوضع الجسم على شريحة منزلقة ، رقيقة ، تنار من الاسفل بواسطة حزمة ضوئية شديدة ويراعى أيضا في العدستين خلوهما من الزيغ اللوني ومن بقية المساوىء التي تحدث اثناء صناعة العدسات . ويتراوح الحد الاقصى للتكبير بين ۱٠٠٠ و ۳۰۰۰ مرة ، ويتحدد بقدرة تحليل العدسة نفسها ، وهي أصغر مسافة بين نقطتين يستطيع المجهر التمييز بينهما . وبما أن هذه المسافة متناسبة مع طول الموجة نفسه ، فان طبيعة الضوء هي التي تحدد قدرة تحليل العدسة ، ولا يمكن تحسينها من خلال التطوير التقني لصناعة العدسات . وهي تبلغ في المجهر البصري حوالي ٢٠٠ نانومتر .
والجدير بالذكر أن استعمال أشعة ذات موجات قصيرة يتيح زيادة هائلة في قدرة التحليل المجهري . والفرق بين المجهر الالكتروني والمجهر البصري هو ان الاول يستخدم أشعة الكترونية بدلا من الاشعة الضوئية .
والمعروف أن حركة الالكترونات تكون مصحوبة بحركة موجية لها خصائص الموجات الضوئية نفسها وبما أن المجال المغنطيسي قادر على حرف الالكترونات عن خط سيرها ، فانه قادر أيضا على تجميعها في نقطة محددة . ويسمى ذلك العدسة المغنطيسية . ويتعلق طول موجة حركة الالكترونات بالفلطية المستعملة في تسارعها واذا تراوحت الفلطية بین ۳۰ و ۱۰۰ كيلوفلط ، يصبح طول الموجة متراوحا بين ٢ و ٤ نانومتر ، وينتج عن ذلك ان يصل التكبير الى مليون واكثر وان تصبح قدرة التحليل في حدود نانومتر واحد تقريبا .
العينيات المنشورية
المجهر البسيط والمجهر المركب
مقارنة بين المجهر الضوئي والمجهر الالكتروني .
تعليق