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Microscopio ottico: cos’è e come funziona

Il microscopio ottico è tra i nuovi argomenti di fisica del test di medicina e odontoiatria, TOLC-MED, e test di veterinaria, TOLC-VET.

A seguire, trovi i concetti di base da conoscere per poter rispondere correttamente ai quiz.

Guarda anche la videolezione sul microscopio ottico. Il nostro tutor di fisica spiega in modo semplice e con immagini cos’è e come funziona il microscopio ottico.

Microscopio ottico: cos’è

Che cos’è il microscopio ottico? Una possibile definizione di microscopio ottico è: strumento di ingrandimento che funziona sfruttando lo spettro della luce visibile.

I microscopi ottici utilizzano la luce visibile, ossia le frequenze dello spettro elettromagnetico con lunghezze d’onda osservabili a occhio nudo, comprese tra i 390 e i 700 nm circa.

A cosa serve il microscopio ottico? È chiaro che il microscopio ottico serva a ingrandire oggetti e dettagli non distinguibili dall’occhio umano.

La storia del microscopio ottico è iniziata circa 5 secoli fa. Tra i primi scienziati a utilizzare le lenti come strumenti per ingrandire vi fu Galileo Galilei. Ma furono altri studiosi del ‘600, tra cui spiccano Stelluti, Hooke, Huygens e Van Leeuwenhoek, a usare questi strumenti per l’osservazione dei microrganismi.

Cosa non si vede con il microscopio ottico? Il potere risolutivo del microscopio ottico è di circa 0,2-0,3 micrometri. Pertanto, non è possibile vedere oggetti di grandezza inferiore.

Qual è la differenza tra microscopio ottico ed elettronico? Il microscopio ottico usa la luce visibile (ovvero un fascio di fotoni) ed un sistema di lenti ottiche per ingrandire ciò che si osserva. Invece, il microscopio elettronico sfrutta un fascio di elettroni con una lunghezza d’onda minore di quella della luce e monta lenti elettromagnetiche. Pertanto, il microscopio elettronico ha un potere risolutivo circa 100 mila volte maggiore del microscopio ottico.

Esistono diversi tipi di microscopi ottici. La classificazione più generica è tra:

  • microscopio semplice, ovvero la classica lente d’ingrandimento, composto da una sola lente e con ingrandimento massimo di circa 8-10x;
  • microscopio composto, formato da due lenti convergenti, dette obiettivo e oculare. L’obiettivo sta davanti all’oggetto osservato e restituisce un’immagine reale, più grande e capovolta che cade davanti all’oculare, che invece restituisce un’immagine virtuale. I moderni microscopi ottici da laboratorio sono tutti microscopi composti.

Esistono numerosi modelli di microscopi ottici che si distinguono in base al livello di ingrandimento, alle prestazioni, agli accessori e al numero di oculari.

Tra di essi citiamo i microscopi monoculari e binoculari. I primi hanno un solo oculare, sono più semplici ed economici. Invece, i microscopi binoculari hanno un sistema di visione meno semplice ma più comodo.

Approfondisci: vai alla lezione sullo spettro elettromagnetico.

Funzionamento microscopio ottico

Come funziona un microscopio ottico? A seguire trovi il funzionamento del microscopio ottico schematizzato nei suoi passaggi principali:

  • la luce emessa da una fonte luminosa (una lampada o il sole) viene riflessa sull’oggetto da osservare attraverso uno specchio;
  • la luce attraversa l’oggetto posto sul vetrino e la sua immagine viene ingrandita dalle lenti;
  • la lente obiettivo (la lente più vicina all’oggetto) restituisce un’immagine ingrandita, che può essere ulteriormente ingrandita da una o più lenti dette oculari (le lenti più vicine all’occhio).

Struttura microscopio ottico

Come è fatto il microscopio ottico? La struttura del microscopio ottico comprende:

  • sistema ottico
  • sistema di illuminazione
  • struttura di sostegno

Il sistema ottico è dato da un tubo, detto tubo portalenti, all’interno del quale ci sono le lenti. A un’estremità c’è la lente oculare (o più di una). Si tratta della lente più vicina all’occhio. All’altra estremità del tubo ci sono gli obiettivi, le lenti più vicine all’oggetto. Gli attuali microscopi ottici hanno almeno tre obiettivi posizionati su una torretta girevole o revolver. Gli obiettivi hanno differente potere di ingrandimento, tipicamente da 4x a 100x.

Il sistema di illuminazione include la sorgente luminosa e gli eventuali specchi sotto l’oggetto da osservare, più alcune parti opzionali per orientare e regolare la luce, il condensatore e il diaframma.

Il sistema di sostegno o stativo è formato da più parti: la base, il tavolino porta oggetti, lo stand collegato al tubo portalenti con i cursori per la messa a fuoco.

Microscopio ottico: parti

Le parti del microscopio ottico sono:

  • oculari, le lenti usate per l’osservazione, anche una sola (1)
  • tubo per la fotografia, opzionale, utile per acquisire digitalmente l’immagine ingrandita;
  • revolver, torretta ruotabile su cui sono inseriti gli obiettivi (2);
  • obiettivi, di solito tre o quattro, su cui è indicato il fattore di ingrandimento, tipicamente tra i 4x e i 100x (3);
  • cursore o vite macrometrica, per regolare la messa a fuoco, che avvicina o allontana il tavolino porta-oggetti (4);
  • microcursore o vite micrometrica, per perfezionare la messa a fuoco (5);
  • tavolino porta-vetrino o porta-oggetti (6);
  • tavolino traslatore, per spostare il vetrino in modo controllato;
  • ferma vetrino o pinze, di solito una piccola leva metallica per tenere bloccato il porta-vetrino;
  • sorgente di luce (7);
  • sistema di specchi per riflettere la luce sull’oggetto;
  • tasto luce, per accendere o spegnere la sorgente di luce;
  • condensatore, che condensa la luce sull’oggetto (8);
  • diaframma, che regola la luce che arriva al condensatore (8);
  • stativo, base del microscopio (9);
  • stand che collega lo stativo con il tubo portalenti.

microscopio ottico parti

Efficienza del microscopio ottico

L’efficienza di un microscopio ottico viene determinata in base a 3 parametri:

  • l’ingrandimento del microscopio ottico è il rapporto tra la dimensione originale dell’oggetto e quella della sua immagine ingrandita. A un certo livello di ingrandimento non è più possibile distinguere alcuni dettagli. Questo limite è imposto dal potere risolutivo dello strumento;
  • il potere risolutivo, ovvero la distanza minima tra due punti necessaria per poterli osservare come separati. Si parla di potere di risoluzione del microscopio proprio perché il microscopio con il suo sistema di lenti risolve, ossia separa, questi due punti. Il potere risolutivo non è infinito ma viene limitato dalla diffrazione della luce;
  • la diffrazione, fenomeno fisico che limita il potere risolutivo e si verifica quando le onde propagandosi incontrano degli ostacoli. Se l’ostacolo ha dimensioni comparabili con la lunghezza d’onda della luce, questa viene diffratta e risente di fenomeni di interferenza che limitano la nostra capacità di distinguere punti troppo vicini.

Potere di risoluzione del microscopio ottico

Affinché l’occhio umano veda due punti come separati è necessario che tra di loro ci sia una distanza minima di circa 0,1 mm (limite di risoluzione). Questo è il potere di risoluzione dell’occhio umano.

Invece, la risoluzione del microscopio ottico è maggiore, pari a circa 0,2-0,3 micron, ossia 0,2-0,3 millesimi di millimetro.

Per poter distinguere punti che si trovano a una distanza inferiore, bisogna usare il microscopio elettronico o altre tipologie di microscopio.

Guarda anche la videolezione sul microscopio ottico del nostro tutor di fisica.

Video nel testo di Antonio Francesco Zirattu, tutor WAU!

Immagine in evidenza di fernando zhiminaicela da Pixabay

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