Skip to main content
Global

2.1: خصائص الضوء

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    195010

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    أهداف التعلم

    • تحديد وتعريف خصائص الإشعاع الكهرومغناطيسي (EMR) المستخدم في الفحص المجهري
    • شرح كيفية استخدام العدسات في الفحص المجهري لمعالجة الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية (UV)

    التركيز السريري: الجزء الأول

    قامت سيندي، وهي مستشارة تبلغ من العمر 17 عامًا في معسكر رياضي صيفي، بكشط ركبتها وهي تلعب كرة السلة قبل أسبوعين. في ذلك الوقت، اعتقدت أنه مجرد تآكل بسيط من شأنه أن يشفي، مثل العديد من الآخرين قبل ذلك. وبدلاً من ذلك، بدأ الجرح يبدو وكأنه لدغة حشرة واستمر في الشعور بالألم والتورم بشكل متزايد.

    تقوم ممرضة المخيم بفحص الآفة وتلاحظ كمية كبيرة من القيح الذي ينزف من السطح. تشعر بالقلق من أن سيندي قد تكون أصيبت بعدوى عدوانية محتملة، وتقوم بمسح الجرح لجمع عينة من موقع العدوى. ثم تقوم بتنظيف القيح وتضميد الجرح، وتطلب من سيندي الحفاظ على نظافة المنطقة والعودة في اليوم التالي. عندما تغادر سيندي، ترسل الممرضة العينة إلى أقرب مختبر طبي لتحليلها تحت المجهر.

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{1}\)

    ما هي بعض الأشياء التي يمكننا تعلمها عن هذه البكتيريا من خلال النظر إليها تحت المجهر؟

    يتكون الضوء المرئي من موجات كهرومغناطيسية تتصرف مثل الموجات الأخرى. وبالتالي، يمكن فهم العديد من خصائص الضوء ذات الصلة بالمجهر من حيث سلوك الضوء كموجة. إحدى الخصائص المهمة لموجات الضوء هي الطول الموجي، أو المسافة بين ذروة الموجة والقمة التالية. يسمى ارتفاع كل قمة (أو عمق كل حوض) بالسعة. في المقابل، فإن تردد الموجة هو معدل اهتزاز الموجة، أو عدد الأطوال الموجية خلال فترة زمنية محددة (الشكل\(\PageIndex{1}\)).

    يوضح الشكل أ خطًا متموجًا بموجات متكررة بالتساوي لأعلى ولأسفل. يشير الخط المستقيم الذي يمر عبر مركز الخط المتموج إلى قاعدة الموجات. المسافة من ذروة موجة إلى أخرى هي الطول الموجي. تسمى المسافة من خط الأساس إلى ذروة الموجة أو المسافة من خط الأساس إلى قاع الموجة بالسعة. يُظهر الشكل (ب) ثلاث موجات مع تسمية الوحدة الزمنية في الجزء السفلي. يحتوي الخط العلوي على موجات منتشرة على نطاق واسع. الموجات ذات الطول الموجي الواسع لها تردد منخفض. يحتوي الخط السفلي على موجات قريبة من بعضها البعض. الموجات ذات الطول الموجي الضيق لها تردد عالٍ. الخط الأوسط له طول موجي متوسط وبالتالي تردد متوسط.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): (أ) السعة هي ارتفاع الموجة، في حين أن الطول الموجي هو المسافة بين قمة وأخرى. (ب) هذه الموجات لها ترددات أو معدلات اهتزاز مختلفة. تحتوي الموجة الموجودة في الأعلى على أقل تردد، نظرًا لأنها تحتوي على أقل عدد من القمم لكل وحدة زمنية. تحتوي الموجة الموجودة في الأسفل على أعلى تردد.

    تفاعلات الضوء

    تتفاعل موجات الضوء مع المواد من خلال انعكاسها أو امتصاصها أو نقلها. يحدث الانعكاس عندما ترتد الموجة عن المادة. على سبيل المثال، قد تعكس قطعة قماش حمراء الضوء الأحمر لأعيننا بينما تمتص ألوانًا أخرى من الضوء. يحدث الامتصاص عندما تلتقط مادة طاقة موجة ضوئية. في حالة المواد البلاستيكية التي تتوهج في الظلام، يمكن امتصاص الطاقة من الضوء ثم إعادة انبعاثها لاحقًا كشكل آخر من أشكال الفسفور. يحدث الإرسال عندما تنتقل الموجة عبر مادة، مثل الضوء عبر الزجاج (تسمى عملية الإرسال بالنفاذية). عندما تسمح مادة ما بنقل نسبة كبيرة من الضوء، فقد تفعل ذلك لأنها أرق أو أكثر شفافية (تتمتع بمزيد من الشفافية وأقل عتامة). \(\PageIndex{2}\)يوضح الشكل الفرق بين الشفافية والعتامة.

    يوضح الشكل أ أطراف يدي الشخص ذات القفازات التي تحمل لوحة شفافة بغطاء. تحتوي اللوحة على مادة حمراء في الجزء السفلي من اللوحة. يوضح الشكل (ب) قطعة معدنية في يد الشخص. المادة داكنة مع بعض المناطق اللامعة.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): (أ) طبق بتري مصنوع من البلاستيك الشفاف أو الزجاج، مما يسمح بنقل نسبة عالية من الضوء. تسمح لنا هذه الشفافية برؤية جوانب الطبق لعرض المحتويات. (ب) هذه الشريحة من النيزك الحديدي معتمة (أي أنها تحتوي على عتامة). لا ينتقل الضوء عبر المادة، مما يجعل من المستحيل رؤية جزء اليد الذي يغطيه الكائن. (الفضل أ: تعديل عمل من تأليف أمبرتو سالفاغنين؛ الفضل ب: تعديل العمل من قبل «Waifer X» /Flickr)

    يمكن أن تتفاعل موجات الضوء أيضًا مع بعضها البعض عن طريق التداخل، مما يخلق أنماطًا معقدة من الحركة. يؤدي إسقاط حصتين في بركة إلى تفاعل الأمواج على سطح البركة، مما يخلق أنماط تداخل معقدة. يمكن أن تتفاعل موجات الضوء بنفس الطريقة.

    بالإضافة إلى التداخل مع بعضها البعض، يمكن أن تتفاعل موجات الضوء أيضًا مع الأشياء الصغيرة أو الفتحات عن طريق الانحناء أو التشتت. هذا يسمى الحيود. يكون الحيود أكبر عندما يكون الجسم أصغر بالنسبة لطول موجة الضوء (المسافة بين قمتين متتاليتين لموجة ضوئية). في كثير من الأحيان، عندما تنحرف الأمواج في اتجاهات مختلفة حول عقبة أو فتحة، فإنها تتداخل مع بعضها البعض.

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{2}\)

    1. إذا كانت الموجة الضوئية ذات طول موجي طويل، فهل من المحتمل أن يكون لها تردد منخفض أم مرتفع؟
    2. إذا كان الجسم شفافًا، فهل يعكس الضوء أو يمتصه أو ينقله؟

    العدسات والانكسار

    في سياق الفحص المجهري، ربما يكون الانكسار هو السلوك الأكثر أهمية الذي تظهره موجات الضوء. يحدث الانكسار عندما تغير موجات الضوء اتجاهها عند دخولها إلى وسيط جديد (الشكل\(\PageIndex{3}\)). تنقل المواد الشفافة المختلفة الضوء بسرعات مختلفة؛ وبالتالي، يمكن للضوء تغيير السرعة عند المرور من مادة إلى أخرى. عادةً ما يتسبب هذا التغيير في السرعة أيضًا في تغيير الاتجاه (الانكسار)، حيث تعتمد درجة التغيير على زاوية الضوء الوارد.

    تُظهر الصورة a شعاعًا ضوئيًا موجهًا إلى قطعة من الزجاج. عندما يصطدم شعاع الضوء بالمادة الزجاجية الشفافة، فإنه ينحني بمقدار 45 درجة تقريبًا. شعاع الضوء المنحني هذا هو الشعاع المنكسر. لا تحتوي المادة المعتمة التي يجلس عليها الزجاج على أي ضوء ساطع من خلالها. يُظهر الرسم التخطيطي b سهمًا يسمى شعاع ساقط يشير بزاوية 45 درجة لأسفل باتجاه منطقة مظللة. عند النقطة التي يصل فيها الشعاع الساقط إلى المنطقة المظللة، يبدأ سهمان آخران. يشير أحد هذه الأسهم بزاوية 90 درجة من الشعاع الساقط (وبعيدًا عن المنطقة المظللة) وهو الشعاع المنعكس. يستمر السهم الثاني عبر المنطقة المظللة ولكن بزاوية منحنية قليلاً من الشعاع الساقط. هذا السهم الثاني هو الشعاع المنعكس.
    الشكل\(\PageIndex{3}\): (أ) يحدث الانكسار عندما يمر الضوء من وسيط، مثل الهواء، إلى آخر، مثل الزجاج، مما يغير اتجاه أشعة الضوء. (ب) كما هو موضح في هذا الرسم التخطيطي، قد تنكسر أشعة الضوء التي تمر من وسط إلى آخر أو تنعكس. (المرجع: تعديل العمل من قبل «ajizai» /ويكيميديا كومنز).

    يُطلق على مدى إبطاء المادة لسرعة الإرسال بالنسبة للمساحة الفارغة معامل الانكسار لتلك المادة. ستؤدي الاختلافات الكبيرة بين مؤشرات الانكسار لمادتين إلى قدر كبير من الانكسار عندما ينتقل الضوء من مادة إلى أخرى. على سبيل المثال، يتحرك الضوء ببطء أكثر عبر الماء منه عبر الهواء، لذلك يمكن للضوء الذي يدخل الماء من الهواء أن يغير اتجاهه بشكل كبير. نقول أن الماء يحتوي على معامل انكسار أعلى من الهواء (الشكل\(\PageIndex{4}\)).

    تُظهر الصورة عمودًا يتم وضعه في الماء. يبدو القطب وكأنه ينحني حيث يصطدم بالماء.
    الشكل\(\PageIndex{4}\): يبدو أن هذا القطب المستقيم ينحني بزاوية عند دخوله الماء. يرجع هذا الوهم البصري إلى الاختلاف الكبير بين مؤشرات الانكسار للهواء والماء.

    عندما يعبر الضوء حدًا إلى مادة ذات معامل انكسار أعلى، يتحول اتجاهه ليصبح أقرب إلى عمودي على الحد (أي أكثر نحو الوضع الطبيعي لذلك الحد؛ الشكل\(\PageIndex{5}\)). هذا هو المبدأ وراء العدسات. يمكننا أن نفكر في العدسة ككائن ذو حدود منحنية (أو مجموعة من الموشورات) يجمع كل الضوء الذي يصطدم بها وينكسرها بحيث تلتقي جميعها عند نقطة واحدة تسمى نقطة الصورة (التركيز). يمكن استخدام عدسة محدبة للتكبير لأنها يمكن أن تركز في نطاق أقرب من العين البشرية، مما ينتج صورة أكبر. يمكن أيضًا استخدام العدسات والمرايا المقعرة في الميكروسكوبات لإعادة توجيه مسار الضوء. \(\PageIndex{5}\)يوضح الشكل النقطة البؤرية (نقطة الصورة عندما يكون الضوء الداخل للعدسة متوازيًا) والبعد البؤري (المسافة إلى النقطة البؤرية) للعدسات المحدبة والمقعرة.

    يوضِّح الرسم التخطيطي a (المنشور) هرمًا واضحًا يدخل فيه الضوء سطحًا واحدًا. الضوء الخارج من السطح الآخر منحني وهو الضوء المنكسر. يشير الخط المنقط إلى المسار الذي كان سيتخذه شعاع الضوء الأصلي لو لم ينحني. تُسمى المنطقة الواقعة فوق الخط المنقط بمعامل الانكسار العالي؛ أما المنطقة الواقعة أسفل الخط فتسمى معامل انكسار منخفض. يُظهر الرسم البياني b (عدسة محدبة) عدسة ذات انتفاخ في المنتصف. يدخل الضوء أحد جانبي القبة ويتركز على نقطة تتجاوز العدسة ويتماشي مع مركز القبة. النقطة التي يركز عليها الضوء هي النقطة المحورية؛ المسافة من النقطة البؤرية إلى مركز العدسة هي البعد البؤري. يُظهر الرسم التخطيطي c (عدسة مقعرة) عدسة تنحني إلى الداخل على كلا الجانبين. ينحني الضوء الداخل إلى هذه العدسة إلى الخارج، بعيدًا عن مركز منحنى العدسة. يُظهر الخط المنقط المسار الخطي للخلف لكل شعاع من حزم الضوء المنحنية. النقطة التي تلتقي فيها جميع الخطوط المنقطة (الموجودة على الجانب الآخر من العدسة) هي النقطة المحورية.
    الشكل\(\PageIndex{5}\): (أ) العدسة تشبه مجموعة من الموشورات، مثل تلك الموضحة هنا. (ب) عندما يمر الضوء عبر عدسة محدبة، فإنه ينكسر باتجاه نقطة بؤرية على الجانب الآخر من العدسة. البعد البؤري هو المسافة إلى النقطة المحورية. (ج) ينكسر الضوء المار عبر عدسة مقعرة بعيدًا عن النقطة البؤرية أمام العدسة.

    تحتوي العين البشرية على عدسة تمكننا من رؤية الصور. تعمل هذه العدسة على تركيز الضوء المنعكس من الأشياء الموجودة أمام العين على سطح الشبكية، والذي يشبه الشاشة في الجزء الخلفي من العين. تقوم العدسات الاصطناعية الموضوعة أمام العين (العدسات اللاصقة أو النظارات أو العدسات المجهرية) بتركيز الضوء قبل تركيزه (مرة أخرى) بواسطة عدسة العين، ومعالجة الصورة التي تنتهي على شبكية العين (على سبيل المثال، من خلال جعلها تبدو أكبر).

    عادةً ما يتم التلاعب بالصور من خلال التحكم في المسافات بين الكائن والعدسة والشاشة، بالإضافة إلى انحناء العدسة. على سبيل المثال، بالنسبة لمقدار معين من الانحناء، عندما يكون الجسم أقرب إلى العدسة، تكون النقاط البؤرية أبعد عن العدسة. ونتيجة لذلك، غالبًا ما يكون من الضروري معالجة هذه المسافات لإنشاء صورة مركزة على الشاشة. وبالمثل، يؤدي المزيد من الانحناء إلى إنشاء نقاط صورة أقرب إلى العدسة وصورة أكبر عندما تكون الصورة في بؤرة التركيز. غالبًا ما يتم وصف هذه الخاصية من حيث المسافة البؤرية أو المسافة إلى النقطة المحورية.

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{3}\)

    1. اشرح كيف تقوم العدسة بتركيز الضوء عند نقطة الصورة.
    2. قم بتسمية بعض العوامل التي تؤثر على البعد البؤري للعدسة.

    الطيف الكهرومغناطيسي واللون

    الضوء المرئي هو مجرد شكل واحد من الإشعاع الكهرومغناطيسي (EMR)، وهو نوع من الطاقة الموجودة في كل مكان حولنا. تشمل الأشكال الأخرى من EMR الموجات الدقيقة والأشعة السينية وموجات الراديو وغيرها. تقع الأنواع المختلفة من EMR على الطيف الكهرومغناطيسي، والذي يتم تحديده من حيث الطول الموجي والتردد. يحتل طيف الضوء المرئي نطاقًا صغيرًا نسبيًا من الترددات بين الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية (الشكل\(\PageIndex{6}\)).

    تشير سلسلة من المقاييس إلى أن الصورة تُظهر أقل طول موجي (10 خطوط مرتفعة -18 م) على اليسار وأعلى طول موجي (10 أحرف مرتفعة 6 أمتار) على اليمين. تتراوح الترددات من أكثر من 10 أحرف عالية 24 هرتز على اليسار إلى 1 هرتز على اليمين. تتراوح الطاقات من 10 أحرف عالية 12 ev على اليسار إلى 10 أحرف عالية -12 على اليمين. أنواع الإشعاع المذكورة فوق هذه المقاييس (من اليسار إلى اليمين) هي: الإشعاع الكوني، وأشعة جاما، والأشعة السينية، والأشعة فوق البنفسجية، والمرئية، والأشعة تحت الحمراء، وإشعاع تيراهيرتز، والرادار، والبث التلفزيوني والرادي، ودوائر التيار المتردد. يتم سحب جزء الضوء المرئي من الطيف ويظهر الضوء الأزرق عند 400 نانومتر والضوء الأخضر عند 500 نانومتر والضوء الأصفر عند 600 نانومتر والضوء الأحمر عند 700 نانومتر.
    الشكل\(\PageIndex{6}\): يتراوح الطيف الكهرومغناطيسي من أشعة جاما عالية التردد إلى موجات الراديو منخفضة التردد. الضوء المرئي هو النطاق الصغير نسبيًا للترددات الكهرومغناطيسية التي يمكن أن تستشعرها العين البشرية. على الطيف الكهرومغناطيسي، يقع الضوء المرئي بين الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. (الائتمان: تعديل العمل من قبل يوهانس أهلمان).

    في حين أن الطول الموجي يمثل المسافة بين القمم المتجاورة لموجة الضوء، فإن التردد، في تعريف مبسط، يمثل معدل التذبذب. تتمتع الموجات ذات الترددات العالية بأطوال موجية أقصر، وبالتالي فهي تحتوي على المزيد من التذبذبات لكل وحدة زمنية مقارنة بموجات التردد المنخفض. تحتوي موجات التردد العالي أيضًا على طاقة أكثر من الموجات ذات التردد المنخفض. يتم توصيل هذه الطاقة كجزيئات أولية تسمى الفوتونات. توفر الموجات ذات التردد العالي فوتونات أكثر نشاطًا من الموجات ذات التردد المنخفض.

    تتفاعل الفوتونات ذات الطاقات المختلفة بشكل مختلف مع شبكية العين. في طيف الضوء المرئي، يتوافق كل لون مع تردد معين وطول موجة (الشكل\(\PageIndex{6}\)). يظهر أدنى تردد للضوء المرئي باللون الأحمر، بينما يظهر الأعلى باللون البنفسجي. عندما تستقبل شبكية العين ضوءًا مرئيًا من العديد من الترددات المختلفة، فإننا ندرك ذلك على أنه ضوء أبيض. ومع ذلك، يمكن فصل الضوء الأبيض إلى الألوان المكونة باستخدام الانكسار. إذا مررنا ضوءًا أبيض عبر منشور، فسوف تنكسر ألوان مختلفة في اتجاهات مختلفة، مما يؤدي إلى إنشاء طيف يشبه قوس قزح على شاشة خلف المنشور. يُطلق على فصل الألوان هذا اسم التشتت، ويحدث ذلك لأن معامل الانكسار بالنسبة لمادة معينة يختلف باختلاف ترددات الضوء.

    يمكن لبعض المواد كسر الأشكال غير المرئية من EMR وتحويلها في الواقع إلى ضوء مرئي. تمتص بعض الأصباغ الفلورية، على سبيل المثال، الأشعة فوق البنفسجية أو الضوء الأزرق ثم تستخدم الطاقة لإصدار فوتونات بلون مختلف، مما يعطي الضوء بدلاً من الاهتزاز ببساطة. يحدث هذا لأن امتصاص الطاقة يجعل الإلكترونات تقفز إلى حالات طاقة أعلى، وبعد ذلك تعود على الفور تقريبًا إلى حالتها الأرضية، وتنبعث منها كميات محددة من الطاقة على شكل فوتونات. لا تنبعث كل الطاقة في فوتون معين، لذلك ستكون الفوتونات المنبعثة ذات طاقة أقل وبالتالي أقل ترددًا من تلك الممتصة. وبالتالي، قد يتم إثارة صبغة مثل أحمر تكساس بالضوء الأزرق، ولكنها تنبعث منها ضوء أحمر؛ أو صبغة مثل إيزوثيوسيانات الفلوريسين (FITC) قد تمتص (غير مرئية) الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة وتنبعث منها ضوء أخضر (الشكل\(\PageIndex{7}\)). في بعض المواد، قد تنبعث الفوتونات بعد التأخير بعد الامتصاص؛ في هذه الحالة، تسمى العملية بالفوسفور. يعمل البلاستيك المتوهج في الظلام باستخدام المواد الفسفورية.

    تعرض الصورة خلية كبيرة في المقدمة وخلايا أخرى في الخلفية. كل خلية لها شكل غير منتظم مع دائرة زرقاء كبيرة في المنتصف. تحيط الخطوط الخضراء بالدائرة الزرقاء وتمتد نحو حواف الخلية. بقية الخلية حمراء مع حافة حمراء زاهية. خلفية الصورة سوداء.
    الشكل\(\PageIndex{7}\): تنبعث الأصباغ الفلورية التي تمتصها هذه الخلايا البطانية للشريان الرئوي البقري ألوانًا رائعة عند تحفيزها بالأشعة فوق البنفسجية تحت المجهر الفلوري. تمتص هياكل الخلايا المختلفة الأصباغ المختلفة. تم تلوين النواة باللون الأزرق بـ 4'،6-diamidino-2-فينيليندول (DAPI)؛ ويتم تمييز الميكروبات باللون الأخضر بواسطة جسم مضاد مرتبط بـ FITC؛ ويتم تمييز خيوط الأكتين باللون الأحمر مع الفلويدين المرتبط برباعي ميثيل رودامين (TRITC).

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{4}\)

    1. أيهما ذو تردد أعلى: الضوء الأحمر أم الضوء الأخضر؟
    2. اشرح سبب حدوث التشتت عندما يمر الضوء الأبيض عبر المنشور.
    3. لماذا تصدر الأصباغ الفلورية لونًا مختلفًا من الضوء عما تمتصه؟

    التكبير والدقة والتباين

    تعمل الميكروسكوبات على تكبير الصور واستخدام خصائص الضوء لإنشاء صور مفيدة للأجسام الصغيرة. يُعرّف التكبير بأنه قدرة العدسة على تكبير صورة كائن عند مقارنته بالكائن الحقيقي. على سبيل المثال، التكبير بمقدار 10يعني أن الصورة تظهر 10 أضعاف حجم الكائن كما هو معروض بالعين المجردة.

    عادةً ما يؤدي التكبير الأكبر إلى تحسين قدرتنا على رؤية تفاصيل الأشياء الصغيرة، ولكن التكبير وحده لا يكفي لإنشاء الصور الأكثر فائدة. غالبًا ما يكون من المفيد تحسين دقة الكائنات: القدرة على معرفة وجود نقطتين أو كائنين منفصلين. تظهر الصورة ذات الدقة المنخفضة مشوشة، بينما تبدو الصورة عالية الدقة حادة. هناك عاملان يؤثران على الدقة. الأول هو الطول الموجي. الأطوال الموجية الأقصر قادرة على حل الأجسام الصغيرة؛ وبالتالي، يتمتع المجهر الإلكتروني بدقة أعلى بكثير من المجهر الضوئي، لأنه يستخدم شعاعًا إلكترونيًا بطول موجة قصير جدًا، على عكس الضوء المرئي طويل الموجة الذي يستخدمه المجهر الضوئي. العامل الثاني الذي يؤثر على الدقة هو الفتحة العددية، وهي مقياس لقدرة العدسة على جمع الضوء. كلما زادت الفتحة العددية، كانت الدقة أفضل.

    حتى عندما يكون المجهر عالي الدقة، قد يكون من الصعب التمييز بين الهياكل الصغيرة في العديد من العينات لأن الكائنات الحية الدقيقة شفافة نسبيًا. غالبًا ما يكون من الضروري زيادة التباين لاكتشاف الهياكل المختلفة في العينة. تستخدم أنواع مختلفة من المجاهر ميزات مختلفة للضوء أو الإلكترونات لزيادة التباين - الاختلافات المرئية بين أجزاء العينة (انظر أدوات الفحص المجهري). بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الأصباغ التي ترتبط ببعض الهياكل دون غيرها لتحسين التباين بين صور الأجسام الشفافة نسبيًا (انظر عينات التلوين المجهرية).

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{5}\)

    1. اشرح الفرق بين التكبير والدقة.
    2. اشرح الفرق بين الدقة والتباين.
    3. اذكر عاملين يؤثران على الدقة.

    المفاهيم الأساسية والملخص

    • قد تنعكس موجات الضوء التي تتفاعل مع المواد أو تمتصها أو تنتقل، اعتمادًا على خصائص المادة.
    • يمكن أن تتفاعل موجات الضوء مع بعضها البعض (التداخل) أو يتم تشويهها بالتفاعلات مع الأجسام الصغيرة أو الفتحات (الحيود).
    • يحدث الانكسار عندما تغير موجات الضوء السرعة والاتجاه أثناء مرورها من وسيط إلى آخر. تحدد الاختلافات في مؤشرات الانكسار لمادتين حجم التغيرات الاتجاهية عندما يمر الضوء من واحدة إلى أخرى.
    • العدسة عبارة عن وسيط ذو سطح منحني ينكسر ويركز الضوء لإنتاج صورة.
    • الضوء المرئي هو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي؛ يتم تمييز موجات الضوء ذات الترددات والأطوال الموجية المختلفة كألوان بالعين البشرية.
    • يمكن أن يفصل المنشور ألوان الضوء الأبيض (التشتت) لأن ترددات الضوء المختلفة لها مؤشرات انكسار مختلفة لمادة معينة.
    • يمكن للأصباغ الفلورية والمواد الفسفورية تحويل الإشعاع الكهرومغناطيسي غير المرئي بشكل فعال إلى ضوء مرئي.
    • يمكن وصف قوة المجهر من حيث التكبير والدقة.
    • يمكن زيادة الدقة عن طريق تقصير الطول الموجي أو زيادة الفتحة العددية للعدسة أو استخدام البقع التي تعزز التباين.

    مسرد المصطلحات

    الامتصاصية
    عندما يلتقط الجزيء الطاقة من الفوتون ويهتز أو يتمدد باستخدام الطاقة
    سعة
    ارتفاع الموجة
    تباين
    الاختلافات المرئية بين أجزاء العينة المجهرية
    الانحراف
    تغيير الاتجاه (الانحناء أو الانتشار) الذي يحدث عندما تتفاعل الموجة الضوئية مع فتحة أو حاجز
    تشتت
    فصل الضوء بترددات مختلفة بسبب درجات مختلفة من الانكسار
    الفلورسنت
    قدرة بعض المواد على امتصاص الطاقة ثم إطلاق تلك الطاقة على الفور في شكل ضوء
    الطول البؤري
    المسافة من العدسة إلى نقطة الصورة عندما يكون الكائن على مسافة محددة من العدسة (هذه هي أيضًا المسافة إلى النقطة البؤرية)
    نقطة محورية
    خاصية العدسة؛ نقطة الصورة عندما يكون الضوء الداخل إلى العدسة متوازيًا (أي أن الكائن هو مسافة غير محدودة من العدسة)
    التردد
    معدل الاهتزاز لموجة ضوئية أو موجة كهرومغناطيسية أخرى
    نقطة الصورة (التركيز)
    خاصية العدسة ومسافة الكائن إلى العدسة؛ النقطة التي يتم فيها التركيز على الصورة (غالبًا ما تسمى نقطة الصورة بالتركيز)
    التشوش
    تشويه الموجة الضوئية بسبب التفاعل مع موجة أخرى
    التكبير
    قدرة المجهر (أو العدسة) على إنتاج صورة تبدو أكبر من العينة الفعلية، ويتم التعبير عنها كعامل للحجم الفعلي
    الفتحة العددية
    مقياس لقدرة العدسة على جمع الضوء
    غموض
    خاصية امتصاص الضوء أو حجبه
    فسفورية
    قدرة بعض المواد على امتصاص الطاقة ثم إطلاق تلك الطاقة كضوء بعد التأخير
    انعكاس
    عندما يرتد الضوء من السطح
    الانكسار
    انحناء موجات الضوء، والذي يحدث عندما تمر موجة ضوئية من وسيط إلى آخر
    معامل الانكسار
    مقياس لحجم تباطؤ موجات الضوء بواسطة وسيط معين
    القرار
    القدرة على التمييز بين نقطتين في الصورة
    نقل
    كمية الضوء التي تمر عبر وسيط
    الشفافية
    خاصية السماح للضوء بالمرور
    الطول الموجي
    المسافة بين ذروة الموجة والقمة التالية