Главная страница
qrcode

Методическое пособие лаб. раб. Учебное пособие для студентов первого курса медицинских вузов Пермь 2008 2 Авторы-составители


НазваниеУчебное пособие для студентов первого курса медицинских вузов Пермь 2008 2 Авторы-составители
АнкорМетодическое пособие лаб. раб.pdf
Дата08.10.2018
Размер1.98 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаMetodicheskoe_posobie_lab_rab.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипУчебное пособие
#46743
страница10 из 12
Каталог
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12
Изучение датчиков температуры
В данной работе в качестве датчика температуры используется термопара, изготовленная из меди и константана. Термопара проградуирована. Градуировочный график прилагается.
Рис. 8

123
Определение температурной зависимости сопротивления полупроводника проводится для термистора - одного из самых простых полупроводниковых приборов.
В полупроводниках электрическое сопротивление в значительной степени зависит от температуры. Зависимость сопротивления полупроводника от температуры в определенных температурных интервалах может быть описана выражением
R=R
0
·exp( -

W/2kT), где Т - абсолютная температура, k - постоянная Больцмана,

W - энергия активации полупроводника ( термистора), exp - то же самое, что e - основание натурального логарифма. Таким образом, сопротивление полупроводника уменьшается по экспоненциальному закону. Зависимость сопротивления полупроводника (термистора) от температуры используется для измерения температуры по силе тока в цепи с полупроводником.
Существуют термисторы для измерения как очень высоких ( Т

1300К), так и очень низких ( Т

4-80К) температур.
В медицине широко применяются электротермометры, датчиком температуры в которых является термистор. К достоинствам электротермометров следует отнести их малую инерционность, высокую чувствительность, возможность изготовления малогабаритных датчиков, возможность измерения температур на расстоянии. К недостаткам относятся нелинейная шкала и старение. Термопары обладают меньшей чувствительностью, однако лишены указанных недостатков.
Для определения температурной зависимости сопротивления термистора его вместе с активным термоспаем А фиксируют в дюралевом бруске. Для чего в бруске проделывается отверстие, заполняемое непроводящей жидкостью (масло, глицерин и т.д.).
Термо-эдс термопары измеряют милливольтметром. Сопротивление исследуемого термистора определяют мультиметром. Контрольный термоспай К термопары опускают в сосуд Дьюара.

124
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.
Термопару подключить к клеммам милливольтметра.
2.
Включить милливольтметр в сеть.
3.
С помощью переключателя, расположенного на правой боковой панели, установить нуль милливольтметра в режиме «арретир».
4.
Перевести переключатель пределов измерений в положение «5 mV». Рассчитать цену деления милливольтметра.
5.
Опустить контрольный и рабочий спаи термопары в стакан с водой и установить нуль шкалы милливольтметра.
6.
Записать в тетрадь температуру контрольного спая t
0
k
.
7.
Измерить температуру ладони в нескольких точках. Для этого приложить активный термоспай к ладони и определить соответствующую ТЭДС по милливольтметру. Используя градуировочный график и соотношение t
0
л
=t
0
k
+

t
0
, определить температуру ладони.
8.
Аналогично измерить температуру шеи, мочки уха, щеки, подбородка и т.д.
9.
Выключить милливольтметр. Установить милливольтметр в положение
«Арретир».
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.
Какие устройства называются датчиками? Роль датчиков в медико- биологических измерениях.
2.
Что называют характеристикой датчика, чувствительностью, порогом чувствительности, номинальной погрешностью датчика?
3.
Дать понятие о генераторных и параметрических датчиках. Привести примеры тех и других датчиков.
4.
Дать понятие о биоуправляемых и энергетических датчиках. Привести примеры.
5.
Объяснить устройство и принцип действия тензодатчиков, их применение в медицине.
6.
Объяснить устройство и принцип действия датчиков температуры ( термопары и термистора).

125
Лабораторная работа №11
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УВЕЛИЧЕНИЯ МИКРОСКОПА И ИЗМЕРЕНИЕ
ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ МАЛЫХ ОБЪЕКТОВ
Цель работы:изучить микроскоп, определить увеличение микроскопа и линейный размер малого объекта.
Приборы и принадлежности: микроскоп биологический, осветитель, микрометр, миллиметровая линейка, предметное стекло с тонкой проволокой, предметное стекло с волосом, гистологический препарат поперечно- полосатой мышцы, подставка для зарисовки изображения.
ТЕОРИЯ
Понятия из оптики, используемые в пособии:
1.
Линза - прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями, одна из поверхностей может быть плоской.
2.
Тонкая линза – линза, толщина которой мала по сравнению с радиусом ее кривизны.
3.
Оптическая система - система из нескольких линз.
4.
Главная оптическая ось линзы - прямая, проходящая через центры всех ее сферических поверхностей.
5.
Главная оптическая ось системы - прямая, на которой лежат центры всех ее сферических поверхностей.
6.
Собирающая линза - линза, превращающая падающий на нее пучок параллельных лучей в сходящийся пучок.
7.
Оптический центр тонкой линзы - точка, расположенная на главной оптической оси, через которую луч света проходит, не меняя своего направления. Обычно совпадает с геометрическим центром линзы.
8.
Оптический центр глаза - условная точка модельного глаза, при прохождении через которую луч не меняет своего направления.

126 9.
Главный фокус линзы - точка, в которой пересекаются после преломления лучи, падающие на линзу параллельно ее главной оптической оси. В соответствии с направлением распространения луча различают передний и задний главные фокусы.
10.
Фокальные плоскости - плоскости, проходящие через главные фокусы линзы перпендикулярно к ее главной оптической оси. Параллельные лучи, падающие на линзу под любым углом к главной оптической оси, пересекаются в фокальной плоскости.
11.
Фокусное расстояние - расстояние от оптического центра тонкой линзы до ее главного фокуса.
12.
Расстояние наилучшего зрения - наименьшее расстояние от предмета до глаза, при котором глаз дает резкое изображение при минимальном напряжении аккомодации.
Для нормального глаза оно составляет 25 см.
13.
Угол зрения - угол, образованный лучами, идущими от крайних точек предмета через оптический центр глаза.
14.
Иммерсионная система - объектив микроскопа, у которого пространство между первой линзой и рассматриваемым предметом заполнено жидкостью с большим показателем преломления, называемой иммерсионной.
Оптическая система и принцип действия микроскопа
Микроскоп представляет собой комбинацию двух короткофокусных оптических систем - объектива и окуляра.
Фокусное расстояние
объектива - несколько миллиметров,
окуляра - несколько сантиметров.
Схема оптической системы микроскопа и ход лучей в нем показаны на рис.1.
Соотношение между фокусными расстояниями и оптической длиной тубуса выбраны условно.
Объектив и окуляр изображены в виде двух собирающих линз Об и Ок. Малый объект АВ помещается на предметном столике перед объективом на расстоянии чуть большем его фокусного расстояния.

127
Изображение на рис.1 строилось согласно правилам построения изображения в тонких линзах для наиболее простого случая, когда объект находится на главной оптической оси.
Луч 1 идет из точки В параллельно главной оптической оси ОО
1
и после преломления в объективе проходит через его задний главный фокус
,
об
F .
Луч 2 идет из точки В без преломления через оптический центр объектива О. В месте пересечения этих лучей лежит точка В
1
- изображение точки В. Опустим перпендикуляр из этой точки на главную оптическую ось и получим точку А
1
промежуточного изображения А
1
В
1
Таким образом, с помощью объектива получаем действительное, увеличенное,
обратное промежуточное изображение в плоскости, лежащей обязательно за передним главным фокусом окуляра F
ок
Аналогично с помощью лучей 1’ и 2’ строим окончательное изображение, создаваемое окуляром. После преломления в окуляре эти лучи образуют расходящийся пучок и поэтому не пересекаются. Продолжим их в обратную сторону, точка пересечения
В
2
является мнимым изображением точки В
1
, а отрезок А
2
В
2
- окончательным
изображением объекта АВ, увеличенным, мнимым и обратным относительно объекта, лежащего на расстоянии наилучшего зрения S. Это изображение и рассматривает глаз: расходящийся пучок лучей 1’ и 2’ из окуляра входит в глаз, преломляется его оптической
Рис. 1

128 системой и образует на сетчатке действительное изображение. При работе с микроскопом глаз располагается так, чтобы его оптический центр совпадал с задним главным фокусом окуляра
,
ок
F . Поэтому расстояние наилучшего зрения условно отмеряют от этой точки.
Увеличение, даваемое микроскопом, показывает, во сколько раз величина изображения объекта больше величины самого объекта (рис.1)
К = А
2
В
2
/ АВ. (1)
Если учесть, что К
об
= А
1
В
1
/AB, а К
ок
= А
2
В
2

1
В
1
, то получим
К = К
об

К
ок.
(2)
Из подобия треугольников ОСF
об и А
1
В
1
F
об и равенств АВ = ОС, F
об
А
1

получаем об
1 1
об
Δ
f
АВ
В
А
К


, (3) а из подобия треугольников С
1
О
1
F
ок и А
2
В
2
,
об
F и равенства А
1
В
1
= О
1
С
1
получаем
,
ок
1 1
2 2
ок
f
S
В
А
В
А
К


(4) где

- оптическая длина тубуса ( расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра); S - расстояние наилучшего зрения; f
об
, f
ок
- фокусные расстояния объектива и окуляра. После подстановки в выражение (2) формул (3) и (4) получаем ок об
Δ
f
f
S
К



. (5)
Увеличение объектива и окуляра указываются на их оправе, например, у объектива: 8, 20, 40, 60; у окуляра: 7x, 10x, 15x.
Разрешающая способность микроскопа
Технически возможно создать оптические микроскопы, объективы и окуляры которых дадут общее увеличение 1500-2000 и больше. Однако это нецелесообразно, так как возможность различить мелкие детали предмета ограничивается дифракционными явлениями. Вследствие этого изображение мельчайших деталей предмета теряет резкость, может возникнуть нарушение геометрического подобия изображения и предмета, соседние точки будут сливаться в одну, возможно полное исчезновение изображения.

129
Поэтому в оптике существуют следующие понятия, которые характеризуют качество микроскопа:
Разрешающая способность микроскопа - свойство микроскопа давать раздельно изображение мелких деталей рассматриваемого предмета.
Предел разрешения - это наименьшее расстояние между двумя точками, которые видны в микроскопе раздельно.
Чем меньше предел разрешения, тем выше разрешающая способность микроскопа!
Предел разрешения обусловливает наименьший размер деталей, которые могут различаться в препарате с помощью микроскопа.
Теорию разрешающей способности микроскопа разработал директор завода
К.Цейса в Йене профессор-оптик Э.Аббе (1840-1905). В качестве простейшего микропрепарата он взял дифракционную решетку ( рис. 2), изучил механизм формирования изображения в микроскопе и показал следующее.
1.
Пучок вторичных световых волн после дифракции на объекте DD попадает в объектив и создает в результате интерференции в его фокальной плоскости FF дифракционную картину - систему главных максимумов
1 0
1
,
,
,
М
М
М
и минимумов.
2.
Далее в формировании изображения участвуют только лучи, образующие главные максимумы.
Они пересекаются в соответствующей плоскости и дают изображение объекта D

D

Введем понятиеапертурного угла - это угол между крайними лучами конического светового пучка, идущего от середины объекта в объектив ( рис. 3,а). Для создания изображения, то есть для разрешения объекта, достаточно, чтобы в объектив попали лучи, образующие максимумы только нулевого и первого порядка хотя бы с одной стороны
( рис. 2 и 3,б). Участие в образовании изображения лучей от большего количества максимумов повышает качество изображения, его контраст. Поэтому лучи, образующие эти максимумы, должны быть в пределах апертурного угла объектива.
Рис. 2

130
а) б) в) г)
1- фронтальная линза объектива, 2 - объектив
Рис .3
Таким образом, если объектом является дифракционная решетка с периодом d и свет падает на нее нормально ( рис.2 и 3,б), то в формировании изображения обязательно должны участвовать лучи, образующие максимумы нулевого и первого порядков с обеих сторон, а угол

1
- угол отклонения лучей, образующих максимум первого порядка, соответственно должен быть, в крайнем случае, равен углу U/2.
Если же взять решетку с меньшим периодом d’, то угол


1 будет больше угла U/2 и изображение не возникнет. Значит период решетки d можно принять за предел разрешения микроскопа Z. Тогда, используя формулу дифракционной решетки, запишем для k=1:
1
sin
λ


d
Заменяя d на Z, а

1
на U/2, получим
)
5
,
0
sin(
λ
U
Z


. (6)
Во время микроскопии световые лучи падают на объект под разными углами. При наклонном падении лучей (рис.3,г) предел разрешения уменьшается, так как в формировании изображения будут участвовать только лучи, образующие максимумы

131 нулевого порядка и первого порядка с одной стороны, а угол

1
будет равен апертурному углу U. Расчеты показывают, что формула для предела разрешения в этом случае принимает следующий вид:
)
5
,
0
sin(
2
λ
U
Z


. (7)
Если пространство между объектом и объективом заполнить иммерсионной средой с показателем преломления n, который больше показателя преломления воздуха, то длина волны света

n
=


n. Подставляя это выражение в формулу для предела разрешения (7), получим
)
5
,
0
sin(
2
λ
U
Z
n


, или
)
5
,
0
sin(
2
λ
U
n
Z


. (8)
Таким образом, формула (7) определяет предел разрешения для микроскопа с сухим объективом, а формула (8) -для микроскопа с иммерсионным объективом.
Величины sin 0,5U и n

sin0,5Uв этих формулах называют числовой апертурой объектива и обозначают буквой А. Учитывая это, формулу предела разрешения микроскопа в общем виде записывают так :
A
Z
2
λ

. ( 9)
Как видно из формул (8) и (9), разрешающая способность микроскопа зависит от длины волны света, величины апертурного угла, показателя преломления среды между объективом и объектом, угла падения световых лучей на объект, но она не зависит от параметров окуляра. Окуляр никакой дополнительной информации о структуре объекта не дает, качества изображения не повышает, он лишь увеличивает промежуточное изображение.
Разрешающая способность микроскопа может быть повышена за счет
использования иммерсии и уменьшения длины волны света. Повышение разрешающей способности при использовании иммерсии можно пояснить следующим образом. Если между объективом и объектом находится воздух (сухой объектив), то световой луч при переходе из покровного стекла в воздух, среду с меньшим показателем преломления,

132 значительно изменяет свое направление в результате преломления, поэтому меньше лучей попадает в объектив. При использовании иммерсионной среды, показатель преломления которой приблизительно равен показателю преломления стекла, изменение хода лучей в среде не наблюдается и большее количество лучей попадает в объектив.
В качестве иммерсионной жидкости берут воду (n=1,33), кедровое масло (n=1,515) и др. Если максимальный апертурный угол у современных объективов достигает 140 0
, то для сухого объектива А=0,94, а для объектива с масляной иммерсией А=1,43. Если при расчете использовать длину волны света

= 555 нм, к которой наиболее чувствителен глаз, то предел разрешения сухого объектива составит 0,30 мкм, а с масляной иммерсией -
0,19 мкм. Значение числовой апертуры указывается на оправе объектива: 0,20; 0,40; 0,65 и др.
Повышение разрешающей способности оптического микроскопа за счет уменьшения длины волны света достигается при использовании ультрафиолетового излучения. Для этого имеются специальные ультрафиолетовые микроскопы с кварцевой оптикой и приспособлениями для наблюдения и фотографирования объектов. Так как в этих микроскопах используется свет с длиной волны примерно в два раза меньше, чем у видимого света, то они способны разрешать структуры препарата размерами около
0,1мкм. Ультрафиолетовая микроскопия имеет еще одно преимущество - с ее помощью можно исследовать неокрашенные препараты. Большинство биологических объектов прозрачны в видимом свете, так как не поглощают его. Однако они обладают избирательным поглощением в ультрафиолетовой области и, следовательно, легко различимы в ультрафиолетовых лучах.
Наибольшая разрешающая способность у электронного микроскопа, так как длина волны при движении электрона в 1000 раз меньше длины световой волны.
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12

перейти в каталог файлов


связь с админом