Verbundmikroskop: Tubuslänge und Vergrößerung

1 · Vorhersagen

Objektiv und Okular eines Verbundmikroskops haben feste Brennweiten, aber die Position des Okulars — die Tubuslänge — lässt sich weiterhin verstellen. Ändert eine Änderung der Tubuslänge die Gesamtvergrößerung (Systemvergrößerung) des Mikroskops, obwohl sich die Brennweite keiner Linse ändert?

• Nein – die Tubuslänge hat keinen Einfluss auf die Gesamtvergrößerung, sondern nur auf die Brennweiten der einzelnen Objektive.
• Es kommt nur auf die Brennweite des Okulars an, nicht darauf, wie weit es vom Objektiv entfernt ist.
• Ja — eine größere Tubuslänge bewegt das Okular näher an seinen eigenen Brennpunkt (relativ zum reellen Bild, das das Objektiv erzeugt), wodurch die eigene Vergrößerung des Okulars steigt und sich in eine größere Gesamtsystemvergrößerung multipliziert.

2 · Aufbauen

1. Öffnen Sie die Mikroskopvoreinstellung und drücken Sie Zurücksetzen. Das Objektiv (f_o = 8 cm, bei festem Objektabstand) erzeugt ein reelles Bild; das Okular hat f_e = 25 cm.
2. Aktivieren Sie die Anzeige der Systemvergrößerung (das gesamte M der Bildkette beider Linsen).
3. Stellen Sie die Tubuslänge (Objektiv-Okular-Abstand) für jeden Versuch ein und notieren Sie die resultierende Systemvergrößerung.

3 · Daten sammeln

Tragen Sie die Systemvergrößerung M (y-Achse) gegen die Tubuslänge L (x-Achse) für Ihre drei Versuche auf. Ist der Zusammenhang eine Gerade?

4 · Auswerten

1. Bestimmen Sie für einen Versuch zunächst den Bildabstand des Objektivs d_i1 aus 1/f_o = 1/d_o1 + 1/d_i1 (d_o1 = 9,6 cm, f_o = 8 cm — bleibt bei jeder Tubuslänge gleich). Bestimmen Sie dann den Gegenstandsabstand des Okulars d_o2 = L − d_i1 und dessen Bildabstand d_i2 aus 1/f_e = 1/d_o2 + 1/d_i2 (f_e = 25 cm). Schließlich M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2). Vergleichen Sie M mit der Tabelle.
2. Erklären Sie, warum die eigene Vergrößerung des Objektivs über alle drei Versuche konstant bleibt, während sich die Vergrößerung des Okulars — und damit die Gesamtsystemvergrößerung — mit der Tubuslänge ändert.

5 · Vertiefen

1. Vergleichen Sie die Systemvergrößerung dieses Experiments mit M = N/f des Experiments mit einfacher Lupe. Erklären Sie, warum das Aneinanderreihen zweier reeller Linsenbilder die Vergrößerung weit über das hinaus vervielfachen kann, was eine einzelne Linse allein leisten könnte.
2. Echte Mikroskope waren in der Vergangenheit auf bestimmte Tubuslängen standardisiert (wie 160 mm), sodass Objektive und Okulare verschiedener Hersteller vorhersehbar gemischt und angepasst werden konnten. Erklären Sie, warum die Standardisierung der Tubuslänge — nicht nur der Brennweite jeder Linse — für austauschbare Mikroskopteile wichtig ist.

Die Physik hinter diesem Experiment

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