ذره بین چیست؟ – انواع و کاربرد آن

برای دیدن اشیای خیلی کوچک و ریز از ابزاری به نام ذره بین استفاده می کنند. شیشه ذره بین، عدسی همگراست که می تواند اجسام ریز را بزرگ کرده و آن ها را به راحتی قابل مشاهده کند.

عدسی تشکیل دهنده این وسیله، داری یک سو و یا دو سوی کوژ است. مشاهده اجسام کوچک با ذره بین که در کتب علوم پایه پنجم و ششم نیز معرفی شده است، با قرار دادن آن ها در فاصله کانونی این وسیله امکان پذیر می شود. این وسیله و کاربردهای آن در این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک معرفی و بررسی می شود.

عدسی چیست؟

عدسی به وسیله ای شیشه ای گفته می شود که نور تابیده شده از آن عبور کرده و می تواند به شکل متمرکز و یا پراکنده از آن منتشر شود. جنس برخی از عدسی ها می تواند از پلاستیک باشد. از انواع مختلف وسایلی که در ساختار آن ها از عدسی استفاده شده می توان به لنز دوربین عکاسی، دوربین دو چشمی، عینک های طبی و … اشاره کرد. دو نوع عدسی به نام های همگرا (کوژ) یا محدب و واگرا (کاو) یا مقعر وجود دارد. در عدسی محدب قسمت بیرونی کره و کاسه آن به سمت بیرون بوده و نور بعد از عبور از آن، به شکل همگرا خارج می شود. برعکس در نوع کاو عدسی به سمت داخل، حالت کره ای دارد و نور بعد از عبور از آن به شکل واگرا خارج می شود.

دیوپتر واحدی است که برای اندازه گیری قدرت یک عدسی و آینه به کار می رود. دیوپتر عکس فاصله کانونی یک عدسی و آینه بوده که بر حسب متر است.

ذره بین چیست؟

برای دیدن اجسام بسیار ریز از وسیله ای استفاده می کنند که تصاویر بزرگتری از آن ها تشکیل دهد و به راحتی توسط نظاره گر قابل مشاهده شوند. این وسیله ذره بین نامیده می شود که متشکل از یک عدسی محدب است. برای راحتی استفاده، کل این عدسی در یک قاب دسته دار قرار می گیرد. این که تصویر اجسام توسط این وسیله بزرگ شده و قابل مشاهده شود، بستگی به محل قرار گرفتن جسم دارد که باید در فاصله کانونی آن باشد. در ذره بین عدسی بین چشم و جسم قرار می گیرد.

در حالت عادی و بدون استفاده از این ابزار، نقطه نزدیک نقطه ای است که برای دیدن اجسام ریز به کار می رود. این نقطه، نزدیک ترین فاصله جسم از چشم فرد است، تا جایی که جسم به شکل تار دیده نشود. نقطه نزدیک با توجه به سن افراد متفاوت خواهد بود. فاصله کانونی در ذره بین های معمولی، ۲۵ سانتی متر بوده که دارای توان اپتیکی ۴ هستند. در این نوع از ذره بینها که علامت ۲ ͯ  نوشته می شود، نشان دهنده بزرگنمایی تصاویر تا دو برابر است.

کشف ذره بین

در سال ۴۲۴ قبل از میلاد مسیح برای اولین بار با استفاده از کره ای که از جنس شیشه بوده و پر از آب کردند، توانستند بزرگ شدن تصاویر را با استفاده ار عدسی ها ببینند. ارسطوفان این کشف را برای دیدن حروف بسیار کوچک استفاده کرد. در قرن نوزدهم برای اولین بار خواص و ویژگی های این وسیله توسط راجر بیکن معرفی شد. در همین قرن بود که در ایتالیا برای اولین بار، عینک های چشمی ساخته شدند.

چگونگی عملکرد ذره بین

برای توضیح عملکرد ذره بینها می توان از این نکته استفاده کرد که اگر زاویه های رسیدن پرتوهای تابش مربوط به اجسام به چشم، بزرگتر باشند، تصویر دیده شده از این اجسام بزرگتر خواهد بود. زیرا روی شبکیه می تواند از این اجسام، تصاویر بزرگتری تشکیل شود. نکته دومی که باید در این زمینه دانست، تشکیل شدن تصاویر بزرگتر، مجازی و قائمی از اجسامی است که در فاصله کانونی عدسی های محدب قرار می گیرند. تصویری که با این عدسی تشکیل می شود را به عنوان جسم برای چشم در نظر می گیریم. پس از این تصویر در نقش جسم، تصاویر بزرگتری در شبکیه چشم تشکیل می شود. چون زاویه بزرگتری در چشم تشکیل می دهد.

بزرگنمایی ذره بین را هم با مقایسه زاویه تصاویر برای دو حالت استفاده از عدسی و عدم استفاده از عدسی، به دست می آوریم. در این دو حالت که جسم در نزدیک چشم قرار می گیرد، می توان اندازه تصاویر ایجاد شده را در دو حالت قرار گرفتن عدسی در برابر چشم و عدم وجود عدسی در برابر چشم، مقایسه کرد و بزرگنمایی را به دست آورد.

انواع ذره بین

ابزار مذکور برای میدان دیدی کم، بهترین بوده و به وسیله عدسی های شیشه ای دوتایی درست می شوند. همان طور که قبلا نیز اشاره شد، علاوه بر شیشه از پلاستیکی که جنسی از مواد آلی (متشکل از کربن، هیدروژن و اکسیژن) دارد، نیز ذره بینها ساخته می شوند. نوعی از عینک ها برای مطالعه مناسب هستند و آپلاناتیک نامیده می شوند و از دو عدسی پلانوکانوکس تشکیل شده اند. سطح کوژ عدسی های تشکیل دهنده این عینک ها، در سمت درونی آن قرار دارد.

میزان انحراف کمی از تصاویر تشکیل شده به این، دیده می شود. اما ذره بینهایی که دارای سایز بزرگتری هستند، تصاویر با کیفیتی را تشکیل نمی دهند و ساخته شده به شکل لنزهای فرنل دارای صفحات نارک هستند. ذره بینها می توانند در سایزهای مختلف ۱۰۰ میلی متری (اندازه بزرگ)، ۷۵ میلی متری (اندازه متوسط) و ۴۰ میلی متری (اندازه کوچک) ساخته شوند. انواع معمولی آن ها که برای دانش آموزان نیز استفاده می شوند از جنس پلاستیک مات هستند.

چگونگی ساخت یک ذره بین

با استفاده از ابزاری ساده که شامل یک بطری پلاستیکی، ماژیک، قیچی و آب است، می توان یک ذره بین ساده ساخت. اولین قدم، رسم یک دایره در سمتی است که انحنای دایره ای شکل آن به داخل است. بعد از قیچی کردن و بریدن این قسمت بطری، روی آن آب بریزید. حالا به عملکرد این دیسک پر آب، با جلو و عقب بردن روی نوشته های یک کتاب می توان پی برد. این نوشته ها با این وسیله بزرگتر دیده می شوند که نشان دهنده این است که وسیله مذکور یک ذره  بین است.

تفاوت ذره بینها با میکروسکوپ

ساختار ذره بینهاست که تفاوت بین آن ها را تعیین می کند. همان طور که گفته شد این وسیله که ذره بین عدسی نیز خوانده می شود، از یک عدسی دو محدبی تشکیل شده است. اما اختلافی که بین این وسیله با میکروسکوپ وجود دارد، در تعداد عدسی های تشکیل دهنده آن هاست. چون ذره بینها از یک عدسی تشکیل شده اند و بزرگنمایی تصاویر اجسام با همان یک عدسی انجام می شود. با توجه به تعریف فاصله کانونی در آن ها، بزرگنمایی عدسی ها ثابت است.

اما میکروسکوپ هایی که معمولی هستند و در آزمایشگاه مدارس استفاده می شوند، اندازه اجسام را با چشمی که دارند تا ۱۰ برابر بزرگتر می کنند. میکروسکوپ های مرکب دارای لنزهای هدف متصل شده به یک زایده چرخان هستند که اندازه بزرگنمایی و فوکوس را قابل تغییر می کند. وقتی یک میکروسکوپ از چند لنز و عدسی تشکیل شده باشد، بزرگنمایی آن حاصل ضرب بزرگنمایی لنزها خواهد بود. تصویر جسم مشاهده شده توسط عدسی هدف ۴ برابر بزرگتر می شود و اما با عدسی چشمی، میزان این تصویر به اندازه ۱۰ برابر بزرگ می شود. در این حالت بزرگنمایی کل برابر ۴۰ خواهد بود.

بزرگنمایی انواع ذره بینها

قدرت بزرگنمایی در ذره بینهای معمولی به اندازه ۲ تا ۶ برابر است. اما وقتی که از ذره بینهایی با بزرگنمایی بزرگتر استفاده می شود، تصاویری که ایجاد می شوند دارای کیفیت پایین تری خواهند بود. زیرا در این وسیله ها انحرافات نوری و کروی زیاد است. بنابراین برای ایجاد تصاویر با بزرگنمایی بالاتر و همچنین کیفیت بالاتر، از نوع خاصی از ذره بینها استفاده می شود. یک نوع از آن ها، کدینگتون و نوع دیگر سه قلوهای هاستینگر است که دارای چند لنز است.

میزان بزرگنمایی این نوع از ذره بینها می تواند تا ۳۰ برابر نیز باشد. وقتی بزرگنمایی های ذره بینها تا این حد بزرگ است، دیافراگم آن ها کوچک می شود و در فاصله کوچکتری از جسم و چشم قرار داده می شود. اگر بخواهیم تصاویری با بزرگنمایی بیشتر از ۳۰ داشته باشیم، از میکروسکوپ استفاده می کنیم.

کاربردهای ذره بین

امروزه بیش از صدها نوع از انواع ذره بینها در سایزها و وزن های مختلف وجود دارد که دارای استفاده های متفاوتی هستند. نوع سبک اکریلیک آن ها که در منازل استفاده می شود ساده ترین آن ها بوده و نوع پیشرفته آن ها نیز در میکروسکوپ های پرقدرت به کار برده می شوند. بیشترین کاربرد این وسیله در ساخت عینک برای افرادی است که مشکلات بینایی دارند. همچنین در عکاسی و جواهرسازی نیز این ابزار کاربرد دارد.

ساخت عینک

مشکلات بینایی چون دوربینی، نزدیک بینی و آستیگماتیسم با استفاده از عینک هایی که در واقع نوعی ذره بین هستند، برطرف می شود. همچنین در اصلاح دید افراد دارای مشکلات چشمی ناشی از دیابت این وسیله به کار برده می شود. می توان از ذره بینها برای خواندن کتاب ها (بزرگنمایی به اندازه ۳ تا ۱۰ برابر دارند) و اسناد چاپی استفاده کرد.

کاربرد در تحقیقات علمی

دانشمندان شیمی، زیست شناسان و محققان پزشکی از ذره بین در ساختار میکروسکوپ ها برای انجام پروژه های علمی خود استفاده می کنند. به خصوص در آزمایشگاه های خون و مایعات بدن، این ابزار استفاده فراوان دارد. میکروسکوپ ها توانایی بزرگ کردن اجسامی که با چشم غیرمسلح دیده نمی شوند را تا هزاران برابر دارند. همچنین برخی از میکروسکوپ ها هم به دلیل داشتن دوربین هایی در ساختار خود، می توانند تصاویر دیده شده را ضبط و نگهداری کنند.

ذره بینهای حرفه ای تر

دستگاه هایی که توسط جواهرسازان برای دیدن سنگ های قیمتی به کار برده می شوند دارای سه عدسی هستند. این عدسی ها دارای بزرگنمایی های مختلف بوده و روی یک استوانه پلاستیکی قرار دارند. نام این وسیله لویس بوده و ناخالصی های موجود در سنگ های قیمتی چون الماس را تشخیص می دهد. ویرایش وارزیابی عکس ها نیز توسط عکاس با استفاده از دستگاه لویس انجام می شود. اجسام دور با استفاده از لنزهایی که در دوربین های دوچشمی وجود دارد، بزرگتر شده و قابل مشاهده می شوند. برای تعیین سایش سکه ها و تعیین اصل بودن تمبرها از ذره بین استفاده می شود.

قیمت ذره بین

با استفاده از قدرت فیزیک، ذره بین ها از دستگاه های ساده ای که برای خواندن استفاده می شوند به ابزارهای پیچیده ای که در فناوری های پیشرفته تعبیه شده اند، تبدیل شده اند. از کاوش دقیق دهانه ‌های ماه گرفته تا میکروارگانیسم‌ ها در زیر میکروسکوپ، ذره‌ بین‌ها به ما در درک جهان در مقیاس‌ های بسیار متفاوت کمک می‌ کنند.

چه یک ذره بین ساده یا یک میکروسکوپ الکترونی بسیار پیچیده، اصول اساسی یکسان باقی می مانند. هر دو بر اساس مفاهیم مربوط به شکست، خمش نور که به دلیل تغییر سرعت آن هنگام حرکت از یک محیط به رسانه دیگر ایجاد می شود، عمل می کنند. شکست زمانی اتفاق می ‌افتد که نور از عدسی عبور می ‌کند و در نتیجه پرتوهای نور موازی در یک نقطه کانونی هم‌گرا می ‌شوند و سپس برای تشکیل تصویری روی شبکیه واگرا می ‌شوند. یک اصل مشابه در ابزارهایی مانند دوربین، میکروسکوپ و تلسکوپ وجود دارد.

در دوربین‌ های دیجیتال، مجموعه‌ ای از لنزها نور صحنه را بزرگ‌نمایی می ‌کنند، آن را روی یک حسگر متمرکز می‌ کنند که سپس نور را به سیگنال ‌های الکتریکی تبدیل می ‌کند. این سیگنال های الکتریکی پردازش شده و به تصویری که ما می بینیم تبدیل می شوند. در یک میکروسکوپ، عدسی ‌های شیئی و چشمی، نمونه کوچک را بزرگ‌ نمایی می‌ کنند تا بتوان جزئیات بیشتری را مشاهده کرد. این در زمینه هایی مانند زیست شناسی، که در آن نماهای میکروسکوپی اغلب برای مطالعه سلول ها، باکتری ها و ویروس ها مورد نیاز است، بسیار مهم است.

از سوی دیگر، تلسکوپ ها برای رصد اجرام دور مانند ستارگان، سیارات و کهکشان ها استفاده می شوند. یک عدسی شیئی نور را از اجسام دور جمع آوری می کند و یک عدسی چشمی تصویر حاصل را بزرگ می کند تا بتوانیم جرم آسمانی را به وضوح ببینیم. ذره بین ها بر اساس کیفیت و میزان بزرگنمایی با قیمت های مختلفی ارائه می شوند که می توانید برای کاربردهای مختلف آنها را تهیه نمایید.