• Страница 0 - название энциклопедической статьи.
  • Страницы 1, ... - доп. материал, связанный с энциклопедической статьей, указывать в "Ссылки".
  • Страница: инфо , 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25

Рис. 19 Апертометр Аббе

Для этого нужно разделить диаметр рисунка (поле зрения микроскопа имеет вид круга и рисунок, поэтому также получается круглым) на диаметр рисуемого объекта. При этом первый диаметр определяется простой масштабной линейкой, а второй - при помощи окулярного микрометра микроскопа.

Два экземпляра рисовального прибора Аббе находятся в настоящее время в экспозиции Политехнического музея в Москве. Первый прибор находится в хорошем состоянии. Размер деревянного футляра, в котором находится прибор, 14·6,5·5,5 см. Второй аналогичный прибор находится в весьма плохом состоянии (испорчен коррозией).

Рис. 20 Апертометр Аббе, установленный на предметном столике микроскопа конца XIX в. фирмы "Карл Цейсс" (Политехнический музей, Москва)

Для определения числовой апертуры объектива микроскопа в конце XIX в. применяли апертометр Аббе (рис. 19), состоящий из полукруглой стеклянной пластинки с нанесенными на ней двумя шкалами и подвижными рамками. Прямая боковая сторона пластинки срезана под углом 45° к образующей цилиндра и служит плоским зеркалом, в котором отражается боковая цилиндрическая поверхность и срезы на подвижных рамках. Размеры прибора: радиус полукруга 4,5 см, размер футляра 18·8·4 см.

Апертометр Аббе устанавливался на предметном столике микроскопа (рис. 20) и фокусировался на малое отверстие, прорезанное в посеребренном кружке на верхней стороне апертометра. Ось микроскопа должна при этом проходить через центр упомянутого отверстия. Последнее будет иметь место, если при установке нити подвижной рамки на нулевое деление шкалы апертометра изображение креста, наблюдаемое глазом со стороны тубуса микроскопа, будет расположено точно по центру отверстия объектива.

Для определения апертуры передвигают подвижную рамку вокруг цилиндрической части апертометра, пока изображение перекрестия не попадет на край отверстия объектива. Берется отсчет по шкале апертометра с помощью нити, расположенной на подвижной рамке. При этом шкала апертометра показывает сразу значение числовой апертуры. Вторая шкала показывает апертуру в градусной мере. Для определения апертуры иммерсионных объективов микроскопов между испытуемым объективом и апертометром вводили каплю иммерсионной жидкости. Необходимо отметить, что апертометр Аббе и по сей день успешно применяется в практике оптических измерений.

Рис. 21. Спектрометр Аббе

Рефрактометры[править | править код]

Во второй половине XIX в. в связи с расширением ассортимента оптических стекол возникла необходимость в точном измерении показателя преломления. До нас дошло немного сведений о конструкции первого рефрактометра. Известно, например, что в 1872 г. на заседании Йенского естественнонаучного медицинского общества Аббе продемонстрировал свой рефрактометр [1]. Сам Аббе так писал об изобретении этого прибора:

Я пользовался этим методом... с 1869 г. ...сконструировал специальные приборы - рефрактометры, которые дали возможность определять показатель преломления и, еслинеобходимо, - дисперсию любого жидкого или полужидкого вещества с помощью простейших манипуляций. При этом достаточно одной-единственной капли соответствующей жидкости, которая с увеличением толщины слоя может быть совершенно непрозрачной. Все наблюдение сводится к одной не требующей искусства установке и последующему отсчету но лимбу или шкале микрометра, который непосредственно дает значение искомого показателя преломления, т.е. без всяких расчетов. Ниже я даю подробное описание этого рефрактометра в виде трех разновидностей, предназначенных для разных целей... В заключение следует заметить, что все описанные в этой статье приборы были неоднократно изготовлены в оптической мастерской К. Цейсса в Йене и большинство из них уже в течение нескольких лет опробованы в работе как мною, так и другими[2].

Как же выглядели первые рефрактометры Аббе? По описанию 1874 г., составленному самим Аббе, они имели все признаки, присущие рефрактометру для измерения предельного угла: измерительная призма (двойная призма) для контакта с пробой, труба для наблюдения линии раздела, угломерное устройство и иногда компенсатор для устранения цветного ореола линии раздела,

Используя обратный ход лучей, Аббе впоследствии упростил конструкцию прибора. Он сделал диффузное освещение от протяженного источника, а коллиматор снабдил окуляром, превратив его в наблюдательную трубу. При такой схеме еще лучше стал виден переход от светлого к темному полю. В качестве компенсатора Аббе использовал призму Амичи, установленную перед объективом трубы. Лимб рефрактометра был градуирован не в угловых величинах, а в значениях показателя преломления.

Аббе сразу же оценил большое практическое значение своего рефрактометра.

Что касается возможностей применения для технических целей, - писал он, - то здесь следует назвать по меньшей мере две: во-первых, множество имеющихся в продаже жидких и полужидких веществ можно очень надежно разделить и проверить их чистоту по их показателям преломления; во-вторых, во многих случаях показатель преломления с большой точностью позволит определить состав смеси двух жидкостей, а также состав и концентрацию растворов[3].

Рефрактометры Аббе, производившиеся фирмой Carl Zeiss в разные годы

Аббе, в частности, указывает на возможность измерения концентрации раствора сахара и сообщает, что его прибор уже снабжен дополнительной шкалой процентного содержания сахара и что благодаря этому содержание сахара в растворе можно надежно определить одним взглядом по одной капле жидкости с точностью около 0,2%[4].

Для самого Аббе рефрактометр был прежде всего средством для определения коэффициентов преломления оптических стекол и иммерсионных жидкостей.

Одни из рефрактометров Аббе хранится в Политехническом музее. На массивном прямоугольном основании укреплена фигурная колонка, которая несет на себе набор стеклянных призм и оптическую трубку. Преломляющий угол основной призмы 64°. Помимо основной призмы, имеется дополнительная откидная призма с матовой гранью, которой она прикладывается к основной призме, образуя зазор толщиной около 0,1 мм. Этот зазор заполняется исследуемой жидкостью. Оптическая трубка вращается вокруг горизонтальной оси, и связанная с ней стрелка на круговой шкале отсчитывает величину показателя преломления. В оптической трубке имеется компенсатор из двух вращающихся спектральных призм прямого видения, позволяющий компенсировать дисперсию призм и исследуемой жидкости. Величина поворота компенсатора фиксируется при помощи шкалы и черточки на корпусе прибора. Точность измерения на рефрактометре Аббе (1–2)·10-4. В Политехническом музее имеется еще три аналогичных рефрактометра Аббе второй половины XIX в. с заводскими номерами: № 44, 45, 53[5].

Автоколлимационный метод Аббе[править | править код]

Рис. 22 Автоколлиматор системы Аббе: 1 - полированная поверхность измеряемой оптической детали; 2 - объектив коллиматора; 3 - прямоугольная призма; 4 - измерительная сетка; 5 - источник света; 6 - окуляр Рамсдена

Рис. 23 Измерение показателя преломления стекла с использованием автоколлимационного метода Аббе: ABC - призма; S - зрительная труба спектрометра

Работая над проблемой измерения показателей преломления оптических стекол, Аббе предложил чрезвычайно оригинальный метод автоколлимации, получивший впоследствии название "метод Аббе".

К коллиматору (рис. 22) Аббе присоединил автоколлимационный окуляр, построенный по схеме Рамсдена. В плоскости сетки этого окуляра Аббе установил прямоугольную призму, предназначенную для освещения сетки. Тем самым Аббе создал измерительный прибор, применяемый для контроля плоскопараллельности и клиновидности различных оптических деталей, а также для измерения углов призм и клиньев.

Автоколлимационный метод Аббе основан на принципе измерения преломляющего угла 6 призмы (рис. 23) и установке призмы в положение наименьшего отклонения, которое производится простым совмещением автоколлимационного изображения щели зрительной трубы от второй грани АВ призмы со штрихом сетки. Для усиления яркости отраженного пучка лучей от грани АВ последнюю серебрят.

Аббе получил следующее выражение для определения показателя преломления материала призмы:

.

Дифференцируя полученную формулу по ε, получаем соотношение dn = (cos ε / sin θ) dε. Отсюда легко можно вычислить дисперсию стекла: dn = n ctg ε dε.

Автоколлимационный метод, предложенный Аббе, позволял также вычислять показатели преломления стекла для лучей различных цветов. Этот метод не потерял своего значения и в наши дни. Он прочно вошел в практику оптических измерений.

Инструменты для измерения угловых и линейных величин[править | править код]

Кроме описанных выше оптических измерительных приборов, Аббе разработал конструкции контактного микрометра (рис. 24) и сферометра (рис. 25). Эти приборы предназначались для точного измерения длин различных предметов и радиусов кривизны линз.

Рис. 24 Контактный микрометр Аббе

Чем отличался контактный микрометр Аббе от применявшегося и получившего в то время широкое распространение штангенциркуля? При всех своих преимуществах штангенциркуль обладал весьма существенным недостатком: в случае расположения масштаба и измеряемого предмета не на одной прямой при измерении возникала ошибка первого порядка, величина которой была тем больше, чем больше при одних и тех же условиях было расстояние между предметом и масштабом.

Рис. 25 Сферометр Аббе

Уменьшая это расстояние, мы будем уменьшать и возможную ошибку, которая сделается равной нулю, когда предмет и масштаб, с которыми производится сравнение, будут расположены на одной прямой. Это положение впервые высказано Аббе в 1890 г. на съезде в Бремене. Оно легло в основу устройства ряда измерительных приборов, сконструированных фирмой К. Цейсс в Йене.

Рис. 26 Вертикальный компаратор Аббе

Одним из таких приборов был контактный микрометр Аббе [6]. Устроен он был следующим образом. На достаточно массивном основании (рис. 24) расположена стойка с цилиндрическими или призматическими направляющими, вдоль которых под действием собственного веса может перемещаться с очень небольшим трением стальной стержень. Нижний конец этого стержня соприкасается с плоской поверхностью стеклянной или кварцевой пластинки, помещенной в соответствующем углублении основания. При помощи трех винтов верхняя поверхность пластинки может быть установлена перпендикулярно к оси подвижного стержня. Для уменьшения давления, оказываемого стержнем на измеряемый предмет, положенный на пластинку, стержень снабжается противовесом. В верхней части стержня наносятся на протяжении 50 мм через 0,1 мм деления, которые отсчитываются в микроскоп, снабженный окулярным винтовым микрометром. Штрихи, соответствующие целым миллиметрам, отмечены цифрами. Микроскоп имеет 50-кратное увеличение. С задней стороны прибора помещено плоское зеркало, при помощи которого пучок лучей через отверстие в стойке может быть направлен параллельно плоскости пластинки. Общая ошибка измерения при использовании микрометра Аббе слагается из ошибок винта микрометра, ошибки при считывании делений шкалы, колебаний температуры и индивидуальных ошибок наблюдателя.

В дальнейшем фирмой Цейсса был выпущен устроенный на этом же принципе прибор, так называемый вертикальный компаратор, который позволял измерять объекты толщиной до 100 мм (рис. 26).

Создавая свой компаратор, Аббе предложил "принцип компарирования", состоящий в том, что при расположении оси контролируемого объекта на продолжении оси эталонной отсчетной шкалы прибора или параллельно ей ошибки измерения, вызванные несовершенством направляющих, имеют минимальные значения. При перекосе осей или направляющих, по которым перемещаются объект и образцовая шкала, имеет место погрешность второго порядка:

,

где L - длина направляющей; φ - угол перекоса.

Согласно Аббе, погрешность второго порядка имеет место и при наклоне контролируемого объекта к оси визирного микроскопа, компаратора или измерительного микроскопа. Аббе установил, что погрешность первого порядка ΔL= ( h ϕ ), где h - расстояние от шкалы до точки крепления микроскопа, возникает при изгибе траверсы, несущей визирный и отсчетный микроскопы, когда перемещается предметный стол с объектом и образцовой шкалой, а также при изгибе и скручивании направляющих, по которым перемещаются микроскопы, когда контролируемый объект и образцовая шкала остаются неподвижными. Аббе обнаружил, что у приборов с параллельным расположением осей объекта и эталонной шкалы погрешность первого порядка имеет место при наклоне направляющих и зависит от расстояния между микроскопами.

В 1890 г. в журнале "Zeitschrift fur Instrumentenkunde" [7] была опубликована статья Аббе, содержащая описание сферометра (рис. 25), который по принципу действия мало отличался от описанного выше микрометра Аббе.

Примечания[править | править код]

  1. Abbe E. Apparate zur Bestimmung des Brechungsexponenten und der Dispersion von Fltissigkeiten: Vortrag auf der 45. Versammlung deutscher Naturforscher und Arzte am 13.8 1872 in Leipzig. - Gesammelte Abhandlungen. Jena, 1906, Bd. II, S. 236-238.
  2. Abbe E. Neue Apparate zur Bestimmung des Brechungs- und Zerstreungsvermogens fester und fltissiger Korper. Jena, 1874, S. 79.
  3. Ibid., S. 78.
  4. Ibid., S. 78.
  5. Майстров Л. Е. Приборы и инструменты исторического значения: Микроскопы. М.: Наука, 1974, с. 86-87.
  6. Abbe E. Messapparete fur Physiker. -Gesammelte Abhandlungen, Bd. II, S. 206-211.
  7. Zeitschr. Instrumentenk., 1890, Bd. X, S. 446-448.

Ссылки[править код]

См. также-Литература[править | править код]

Материалы сообщества доступны в соответствии с условиями лицензии CC-BY-SA, если не указано иное.