คุณสมบัติของแสง แสงจะมีคุณสมบัติที่สำคัญ 4 ข้อ ได้แก่ การเดินทางเป็นเส้นตรง (Rectilinear propagation) , การหักเห (Refraction) , การสะท้อน (Reflection) และการกระจาย (Dispersion) การเดินทางแสงเป็นเส้นตรง ในตัวกลางที่มีค่าดัชนีการหักเห (refractive index ; n) ของแสงเท่ากัน แสงจะเดินทางเป็นเส้นตรงโดยค่า n สามารถหาได้จากสมการ 2.1
(2.1)โดยที่ คือ ความเร็วของแสงในสูญญากาศ คือ ความเร็วของแสงในตัวกลางนั้นๆ
รูปที่ 2.1 ช่วงแถบความถี่แม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ในการสื่อสารเส้นใยแสง
ตัวกลาง
ค่าดัชนีการหักเห
อากาศ
1
เพชร
2.42
แก้ว
1.5 - 1.9
เส้นใยแสง
1.5
น้ำ
1.33
ตารางที่ 2.2 ค่าดัชนีการหักเหโดยปกติของตัวกลางต่างๆการสะท้อน การสะท้อนของแสงสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะ คือ » การสะท้อนแบบปกติ (Regular reflection) จะเกิดขึ้นเมื่อแสงตกกระทบกับวัตถุที่มีผิวเรียบมันวาวดังรูปที่ 2.2
รูปที่ 2.2 การสะท้อนแบบปกติ » การสะท้อนแบบกระจาย (Diffuse reflection) จะเกิดขึ้นเมื่อแสงตกกระทบวัตถุที่มีผิวขรุขระดังรูปที่ 2.3
รูปที่ 2.3 การสะท้อนแบบกระจาย โดยการสะท้อนของแสงไม่ว่าจะเป็นแบบใดก็ตามจะต้องเป็นไปตามกฎการสะท้อนของแสงที่ว่า "มุมสะท้อนเท่ากับมุมตกกระทบ" ซึ่งแสดงให้ดูในรูปที่ 2.4

-->
รูปที่ 2.4 กฎการสะท้อนของแสงการหักเห การหักเหของแสงจะเกิดขึ้นเมื่อแสงเดินทางผ่านตัวกลางที่มีค่าดัชนีการหักเหไม่เท่ากัน โดยลำแสงที่ตกกระทบจะต้องไม่ทำมุมฉากกับรอยต่อระหว่างตัวกลางทั้งสอง และมุมตกกระทบต้องมีค่าไม่เกินมุมวิกฤต (Critical angel ; ) โดยการหักเหของแสงสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 กรณี คือ » n1 <> n2 แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ
รูปที่ 2.6 การหักเหของแสงกรณี n1 > n2 จากรูปที่ 2.6 จะเห็นว่าระยะทาง BC มีค่ามากกว่า B'C' เนื่องจากระยะทาง BC เป็นการเดินทางของแสงในตัวกลางที่มีค่าดัชนีการหักเหน้อยกว่า ดังนั้นในระยะเวลาเท่ากันแสงจะสามารถเดินทางได้มากกว่า » การสะท้อนกลับหมด (Total Internal Reflection) การเกิดการสะท้อนกลับหมดของแสงจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อค่าดัชนีการหักเหของตัวกลางที่ 1 มีค่ามากกว่าดัชนีการหักเหของตัวกลางที่ 2 (n1 > n2) และ ซึ่งจะส่งผลให้ มีค่าเท่ากับ หรือมากกว่าโดยเราสามารถหาค่า ได้จาก Snell's Law
เมื่อ จะเกิดการสะท้อนกลับหมดของแสงซึ่งจะได้ ดังนั้น
ดังนั้นจะได้
รูปที่ 2.7 การสะท้อนกลับหมดของแสง ในรูปที่ 2.8 แสดงตัวอย่างของการสะท้อนกลับหมดของแสง โดยการมองเครื่องบินที่อยู่ในอากาศจากใต้น้ำ ซึ่งจะสามารถมองเห็นเครื่องบินได้ก็ต่อเมื่อเรามองทำมุมกับผิวน้ำมากกว่า ค่าดังกล่าวได้มาจากการคำนวณมุมวิกฤตดังนี้
รูปที่ 2.8 ตัวอย่างการสะท้อนกลับหมดของแสง จากสมการ แทนค่า n2=1 และ n1=1.33 จะได้
ดังนั้นการมองจะต้องทำมุมกับเส้นปกติน้อยกว่า จึงจะสามารถมองเห็นเครื่องบินได้ ถ้าเรามองทำมุมกับเส้นปกติเท่ากับหรือมากกว่า จะทำให้เกิดการสะท้อนกลับหมดของแสงจึงไม่สามารถมองเห็นเครื่องบินได้ ซึ่งปรากฏการณ์การสะท้อนกลับหมดของแสงนี้จะทำให้แสงสามารถเดินทางไปในเส้นใยแสงได้ การกระจาย ในการพิจารณาการเดินทางของแสงที่ผ่านๆ มา เราสมมติให้แสงที่เดินทางมีความยาวคลื่นเพียงความยาวคลื่นเดียวซึ่งเราเรียกแสงชนิดนี้ว่า "Monochromatic" แต่โดยธรรมชาติของแสงแล้วจะประกอบด้วยความยาวคลื่นหลายความยาวคลื่นผสมกัน ซึ่งเราเรียกว่า "Polychromatic" ดังแสดงในรูปที่ 2.9 จะเห็นว่าแสงสีขาวจะสามารถแยกออกเป็นแสงสีต่างๆ (ความยาวคลื่นต่างๆ) ได้ถึง 6 ความยาวคลื่นโดยใช้แท่งแก้วปริซึม ซึ่งกระบวนการที่เกิดการแยกแสงออกแสงออกมานี้ เราเรียกว่า "การกระจาย (Dispersion)"

-->
รูปที่ 2.9 การกระจายของแสงสีขาว การกระจายของแสงนี้จะตั้งอยู่บนความจริงที่ว่า "แสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันจะเดินทางด้วยความเร็วที่ต่างกันในตัวกลางเดียวกัน" นอกจากคุณสมบัติดังกล่าวทั้ง 4 ข้อแล้ว แสงยังมีคุณสมบัติอื่นๆ อีกคือ 1. แสงจัดเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic wave) ชนิดหนึ่ง 2. คลื่นแสงเป็นคลื่นมี่มีการเปลี่ยนแปลงตามขวาง (Transverse wave) ซึ่งทั้ง 2 กรณีนี้ ทำให้เราสามารถสรุปได้ว่าคลื่นแสงเป็นคลื่น TEM โดยลักษณะการเดินทางของแสงแสดงในรูปที่ 2.10
รูปที่ 2.10 การเดินทางของคลื่นแสง

กล้องจุลทรรศน์

รูปแบบอ้างอิงจากเว็บไชต์
กล้องจุลทรรศน์.[ออนไลน์].เข้าถึงจาก :
http://www.rmutphysics.com/PHYSICS/oldfront/62/light1/ligh_29.htm
ส่วนประกอบของกล้องจุลทรรศน์.[ออนไลน์].เข้าถึงจาก:
http://guru.google.co.th/guru/thread?tid=08c4466d059e693e
หลักการทำงานของกล้อง.[ออนไลน์].เข้าถึงจาก:
http://guru.google.co.th/guru/thread?tid=08c4466d059e693e&tabl
ประเภทของกล้อง.[ออนไลน์].ได้จาก:
http://guru.google.co.th/guru/thread?tid=3bf9baaad75c87d5&table=%2Fguru%2Fsea
การใช้กล้องจุลทรรศน์.[ออนไลน์].เข้าถึงจาก:
http://kuheem.wordpress.com
กล้องจุลทรรศน์ (Microscope) :
กล้องจุลทรรศน์

กล้องจุลทรรศน์เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยให้เรามองเห็นวัตถุที่มีขนาดเล็กมาก ประกอบด้วยเลนส์นูนความยาวโฟกัสสั้น ๆ 2 อัน โดยเลนส์อันหนึ่งอยู่ใกล้วัตถุเรียกว่าเลนส์ใกล้วัตถุ (Objective Lens) และเลนส์อันหนึ่งอยู่ใกล้ตาเรียกว่าเลนส์ใกล้ตา(Eyepiece Lens) โดยความยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุน้อยกว่าความยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้ตามาก





วางวัตถุไว้ในระหว่าง ของเลนส์ใกล้วัตถุ จะได้ภาพจริงขนาดขยายอยู่หน้าเลนส์ใกล้ตาโดยจะเป็นวัตถุเสมือนของเลนส์ใกล้ตา โดยวัตถุเสมือนนี้ จะต้องอยู่ระหว่างความยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุกับเลนส์ เกิดภาพเสมือนขนาดขยายที่ระยะที่เห็นชัดปกติของตา คือประมาณ 25 เซนติเมตร โดยในทาง ปฏิบัติวิธีทำให้เห็นภาพชัดเรียกว่าการโฟกัสภาพทำได้โดยเลื่อนเลนส์ใกล้ตาเพื่อปรับระยะวัตถุให้เหมาะสมที่จะเกิดภาพที่ระยะเห็นได้ชัดเจน


รูปที่ 24 แสดงทางเดินแสงของกล้องจุลทรรศน์






ความยาวของตัวกล้องจุลทรรศน์ (Length 0f Microscope , L) คือระยะระหว่างเลนส์วัตถุถึงเลนส์ตา
L = (20)

โดยที่ แทนระยะภาพของเลนส์ใกล้วัตถุ
แทนระยะวัตถุของเลนส์ใกล้ตา

กำลังขยายของกล้องจะมีค่าขึ้นกับผลคูณของกำลังขยายของเลนส์ใกล้ตากับเลนส์ใกล้วัตถุ
แหล่งข้อมูล





ส่วนประกอบของกล้องจุลทรรศน์

1. ฐาน (Base) เป็นส่วนที่ใช้วางบนโต๊ะ
2. แขน (Arm) เป็นส่วนเชื่อมตัวลำกล้องกับฐาน
3. ลำกล้อง (Body tube) เป็นส่วนที่ปลายด้านบนมีเลนส์ตา ส่วนปลายด้านล่างติดกับเลนส์วัตถุ ซึ่งติดกับแผ่นหมุนได้ เพื่อเปลี่ยนเลนส์ขนาดต่างๆ
4. ปุ่มปรับภาพหยาบ (Coarse adjustment) ทำหน้าที่ปรับภาพโดยเปลี่ยนระยะโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ (เลื่อนลำกล้องหรือแท่นวางวัตถุขึ้นลง) เพื่อทำให้เห็นภาพชัดเจน
5. ปุ่มปรับภาพละเอียด (Fine adjustment) ทำหน้าที่ปรับภาพ ทำให้ได้ภาพที่ชัดเจนมากขึ้น
6. เลนส์ใกล้วัตถุ (Objective lens) เป็นเลนส์ที่อยู่ใกล้กับแผ่นสไลด์ หรือวัตถุ ปกติติดกับแป้นวงกลมซึ่งมีประมาณ 3-4 อัน แต่ละอันมีกำลังบอกเอาไว้ เช่น x3.2, x4, x10, x40 และ x100 เป็นต้น ภาพที่เกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุเป็นภาพจริงหัวกลับ
7. เลนส์ใกล้ตา (Eye piece) เป็นเลนส์ที่อยู่บนสุดของลำกล้อง โดยทั่งไปมีกำลังขยาย 10x หรือ 15x ทำหน้าที่ขยายภาพที่ได้จากเลนส์ใกล้วัตถุให้มีขนาดใหญ่ขึ้น ทำให้เกิดภาพที่ตาผู้ศึกษาสามารถมองเห็นได้ โดยภาพที่ได้เป็นภาพเสมือนหัวกลับ
8. เลนส์รวมแสง (Condenser) ทำหน้าที่รวมแสงให้เข้มขึ้นเพื่อส่งไปยังวัตถุที่ต้องการศึกษา
9. กระจกเงา (Mirror) ทำหน้าที่สะท้อนแสงจากธรรมชาติหรือแสงจากหลอดไฟภายในห้องให้ส่องผ่านวัตถุ โดยทั่วไปกระจกเงามี 2 ด้าน ด้านหนึ่งเป็นกระจกเงาเว้า อีกด้านเป็นกระจกเงาระนาบ สำหรับกล้องรุ่นใหม่จะใช้หลอดไฟเป็นแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งสะดวกและชัดเจนกว่า
10. ไดอะแฟรม (Diaphragm) อยู่ใต้เลนส์รวมแสงทำหน้าที่ปรับปริมาณแสงให้เข้าสู่เลนส์ในปริมาณที่ต้องการ
11. แท่นวางวัตถุ (Speciment stage) เป็นแท่นใช้วางแผ่นสไลด์ที่ต้องการศึกษา
12. ที่หนีบสไลด์ (Stage clip) ใช้หนีบสไลด์ให้ติดอยู่กับแท่นวางวัตถุ ในกล้องรุ่นใหม่จะมี Mechanical stage แทนเพื่อควบคุมการเลื่อนสไลด์ให้สะดวกขึ้น









หลัการทำงาน
กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง จะอาศัยเลนส์นูน 2 อัน
อันที่ 1 เลนส์ใกล้วัตถุ จะสร้างภาพจริงขนาดขยายโดยวางวัตถุไว้ที่ระยะไกลกว่าจุดโฟกัสแต่ไม่ถึง 2 เท่าของความยาวโฟกัส ดังนั้นถ้ามีแหล่งแสงที่มีความเข้มมากพอสามารถใช้ฉากรับภาพขยายนี้ได้เลยครับ (ได้ภาพจริง หัวกลับ ขนาดขยาย)
อันที่ 2 เลนส์ใกล้ตาจะขยายภาพที่ได้จากเลนส์ใกล้วัตถุให้มีขนาดใหญ่ขึ้นอีกที โดยขยายเหมือนกับแว่นขยาย (สุดท้ายได้ภาพเสมือนหัวกลับ ขนาดขยายมากขึ้น)

แต่กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงมีข้อจำกัด คือขยายวัตถุที่มีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นแสงไม่ได้ เพราะคลื่นจะสะท้อนได้ก็ต่อเมื่อวัตถุที่คลื่นไปกระทบมีขนาดเท่ากับหรือใหญ่กว่าความยาวคลื่นเท่านั้น
ดังนั้นเมื่อมีความรู้เกี่ยวกับคลื่นอิเล็กตรอนที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าคลื่นแสงหลายหมื่นเท่าจึงเป็นที่มาของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
แต่ถ้าเป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะใช้คลื่นอิเล็กตรอนแทรคลื่นแสง ดังนั้น เลนส์ที่ใช้จะเป็นเลนส์แม่เหล็กไฟฟ้า
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมี 2 ประเภทคือแบบส่องผ่าน กับแบบส่องกราด
ปัจจุบันมีการเทียบส่วนของภาพและใส่สีลงไปให้เกิดความสวยงามแก่ภาพที่ขยายจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนได้

กล้องจุลทรรศน์แบ่งเป็น 5 ชนิดใหญ่ๆ ดังนี้
1. Light microscope
2. Dark field microscoe
3. Phase contrast microscope
4. Fiuorescence microscope
5. Electron microscope




การใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ( Light microscope)

1.วางกล้องให้ฐานอยู่บนพื้นรองรับที่เรียบสม่ำเสมอเพื่อให้ลำกล้องตั้งตรง

2.หมุนเลนส์ใกล้วัตถุ ( objective lens )อันที่มีกำลังขยายต่ำสุดมาอยู่ตรงกับลำกล้อง

3.ปรับกระจกเงาใต้แท่นวางวัตถุให้แสงเข้าลำกล้องเต็มที่

4.นำสไลด์ที่จะศึกษาวางบนแท่นของวัตถุ ให้วัตถุอยู่กึ่งกลางบริเวณที่แสงผ่านแล้วค่อยๆ หมุนปุ่มปรับภาพหยาบ(coarse adjustment knob)ให้ลำกล้องเลื่อนลงมาอยู่ใกล้วัตถุมากที่สุด โดยระวังงอย่าให้เลนส์ใกล้วัตถถุสัมผัสกับกระจกปิดสไลด์

5.มองผ่านเลนส์ใกล้ตา (eyepiece)ลงตามลำกล้อง พร้อมกับหมุนปุ่มปรับภาพหยาบขึ้นช้าๆ จนมองเห็นวัตถุที่จะศึกษา แล้วจึงเปลี่ยนมาหมุนปรับปุ่มภาพละเอียด(fine adjustment knob)เพื่อปรับภาพให้ชัด อาเลื่อนสไลด์ไป มาช้าๆ เพื่อให้สิ่งที่ต้องการศึกษามาอยู่กลางแนวลำกล้อง ขณะปรับภาพ ถ้าเป็นกล้องสมัยก่อนลำกล้องจะเคลื่อนที่ขึ้นและลงเข้าหาวัตถุ แต่ถ้าเป็นกล้องสมัยใหม่แท่นวางวัตถุจะทำหน้าที่เลื่อนขึ้นลงเข้าหาเลนส์วัตถุ

6.ถ้าต้องการขยายภาพให้ใหญ่ขึ้น ให้หมุนเลนส์ใกล้วัตถุอันที่มีกำลังขยายสูงขึ้นเขข้ามาในแนวลำกล้อง และไม่ควรขยับสไลด์อีก แล้วหมุนปรับภาพละเอียดเพื่อให้เห็นภาพชัดเจนยิ่งขึ้น

7.การปรับแสงที่เข้าในลำกล้องให้มากหรือน้อย ให้หมุนแผ่นไดอะแฟรม (diaphram) ปรับแสงตามต้องการกล้องจุลทรรศน ์ ที่ใช้กันในโรงเรียนจะมีจำนวนเลนส์ใกล้วัตถุต่างๆ กันไปเช่น 1 อัน 2 อัน หรือ 3 อัน และมีกำลังขยายต่างๆกันไป อาจเป็น กำลังขยายต่ำสุด x4 กำลังขยายขนาดกลาง x10 กำลังขยายขนาดสู’งx40, x80 หรือที่กำลังขยายสูงมากๆ ถึงx100 ส่วนกำลังขยาย ของเลนส์นั้นโดยทั่วไปจะเป็นx10 แต่ก็มีบางกล้องที่เป็นx5 หรือx15 กำลังขยายของกล้องจุลทรรศน์คำนวณได้จาก ผลคูณของกำลังขยายขอองเลนส์ใกล้วัตถุกับกำลังขยายของเลนส์ใกล้ตา ซึ่งมีกำกับไว้ที่เลนส์

การระวังรักษากล้องจุลทรรศน์

เนื่องจากกล้อองจุลทรรศน์เป็นอุปกรณืที่มีราคาสูงและมีส่ววนประกอบที่อาจเสียหายง่าย โดยเฉพาะเลนส์ จึงต้องใช้และเก็บรักษาด้วยความระมัดระวังให้ถูกวิธี ซึ่งมีวิธีปฏิบัติดังนี้

1.การยกกล้อง ควรใช้มือหนึ่งจับที่แขนกล้อง (arm) และอีกมือหนึ่งวางที่ฐาน(base) และต้องให้ลำกล้องตั้งตรงเสมอ เพื่อป้องกันการเลื่อนหลุดของเลนส์ใกล้ตา ซึ่งสามารถถอดออกได้ง่าย

2.สไลด์และกระจกปิดสไลด์ต้องไม่เปียก เพราะอาจทำให้แท่นวางเกิดสนิม และทำให้เลนส์ใกล้วัตถุชื้นอาจเกิดราที่เลนส์ได้

3.ขณะที่ตามองผ่านเลนส์ใกล้ตา เมื่อจะต้องหมุนปุ่มปรับภาพหยาบ ต้องหมุนขึ้นเท่านั้น ห้ามหมุนลง เพราะเลนส์ใกล้ตาอาจกระทบกระจกสไลด์ทำให้เลนส์แตกได้

4.การหาภาพต้องเริ่มต้นด้วยเลนส์วัตถุกำลังขยายต่ำสุดก่อนเสมอ เพราะปรับหาภาพสะดวกที่สุด

5.เมื่อใช้เลนส์ใกล้วัตถุที่มีกำลังขยายสูง ถ้าจะปรับภาพให้ชัดให้หมุนเฉพาะปุ่มปรับภาพละเอียดเท่านั้น

6.ห้ามใช้มือแตะเลนส์ ในการทำความสะอาดให้ใช้กระดาษสำหรับเช็ดเลนส์เท่านั้น

7.เมื่อใช้เสร็จแล้วต้องเอาวัตถุที่ศึกษาออก เช็ดแท่นวางวัตถุและเช็ดเลนส์ให้สะอาด