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Das Lichtmikroskop

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Die Autor*innen
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Roland Hesse
Das Lichtmikroskop
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse - 11. Klasse

Beschreibung Das Lichtmikroskop

Inhalt

Das Lichtmikroskop – Biologie

Habt ihr im Biologieunterricht schon einmal mikroskopiert? Dann habt ihr mit Sicherheit ein Lichtmikroskop verwendet. Dieses ist ein wichtiges Instrument, um zum Beispiel biologische Zellen vergrößert abzubilden. Nur so können wir Prozesse, die auf winzig kleinen Skalen stattfinden, überhaupt beobachten. Doch wie funktioniert ein solches Mikroskop überhaupt? Das wollen wir im Folgenden klären.

Das Lichtmikroskop – Aufbau und Funktion

In der folgenden Abbildung siehst du ein typisches Lichtmikroskop und seine Bestandteile. Dabei handelt es sich um ein sogenanntes Durchlichtmikroskop, denn das von der Lichtquelle ausgesandte Licht verläuft durch die Probe hindurch. Das Licht, das die Probe durchquert, wird anschließend durch die Objektive des Mikroskops eingesammelt.

Lichtmikroskop Aufbau mit Beschriftung


Das Lichtmikroskop – Funktion der einzelnen Teile

Jedes Bestandteil des Mikroskops führt eine spezifische Funktion aus. Diese Funktionen sind in der folgenden Tabelle aufgelistet:

Bestandteil Funktion
Stativ mit Mikroskopfuß Stabilität des Mikroskops
Halterung aller weiteren Bestandteile
Lichtquelle mit Kondensor korrekte Beleuchtung der Probe
Schalter für das Licht Ein- und Ausschalten der Lichtquelle
Objektträger Träger der Probe
Objekttisch Halterung des Objektträgers (Meist ist der Objekttisch und somit der Objektträger seitlich verfahrbar.)
Grob- und Feintrieb Verstellung des Objekttischs in der Höhe (Das Scharfstellen des Bilds wird so ermöglicht.)
Objektiv Einsammeln des Lichts, das die Probe passiert hat
Vergrößerung
Objektivrevolver drehbare Halterung mehrerer Objektive mit unterschiedlichen Eigenschaften (zum Beispiel Vergrößerungsfaktoren)
Okulare (oft mit Barlow-Linse) Vergrößerung und Abbildung eines Bilds auf die Netzhaut des Auges


Das Lichtmikroskop – Optik

Insgesamt kannst du dir das Lichtmikroskop wie ein großes Linsensystem vorstellen. In der folgenden Abbildung siehst du den Strahlengang eines Lichtmikroskops, also wie das von der Lichtquelle ausgesandte Licht durch das Mikroskop hindurch verläuft. Zuerst durchdringt das Licht die Probe. Durch das Objektiv wird ein erstes Zwischenbild innerhalb des Mikroskops erzeugt. Mithilfe des Okulars kann dieses Zwischenbild auf der Netzhaut des Auges abgebildet werden. Häufig befindet sich vor dem Okular noch eine bestimmte Linse, die sogenannte Barlow-Linse, die eine zusätzliche Vergrößerung bewirkt.
Wenn du mehr zu Abbildungen durch Linsen lernen willst, empfehlen wir dir die Videos zu Linsen und zur optischen Abbildung.

Lichtmikroskop Strahlengang


Das Lichtmikroskop – wichtige Parameter

Vergrößerung des Lichtmikroskops

Die Vergrößerung des Mikroskops ist eine wichtige Größe – denn je größer wir Prozesse abbilden können, desto mehr Details können wir auch erkennen. Die Gesamtvergrößerung eines Lichtmikroskops $(M_{gesamt})$ ergibt sich aus den Vergrößerungsfaktoren von Objektiv $(M_{Objektiv})$ und Okular $(M_{Okular})$. Wenn eine Barlow-Linse verbaut ist, ist deren Vergrößerung in der Regel in der Vergrößerung des Okulars berücksichtigt. Insgesamt erhalten wir:

$M_{gesamt}=M_{Objektiv}\cdot M_{Okular}$

Auflösung des Lichtmikroskops

Neben der Vergrößerung bestimmt auch die Auflösung des Mikroskops, wie gut wir Details sehen können. Die Auflösung ist durch die Eigenschaften des Lichts in klassischen Lichtmikroskopen nämlich begrenzt. Sie beträgt ungefähr $\pu{0,5 \mu m}$. Das bedeutet, dass wir Strukturen, die näher als $\pu{0,5 \mu m}$ beieinander liegen, nicht voneinander unterscheiden können.

Das Lichtmikroskop – Handhabung

Welche Proben kann man sich mithilfe eines Lichtmikroskops ansehen? Und wie gelingt es, die Probe möglichst gut darzustellen? Das wollen wir uns im Folgenden ansehen.


Das Lichtmikroskop – Anwendungsbereich

Wann benutzt man überhaupt ein Lichtmikroskop? Das hier beschriebene Durchlichtmikroskop schickt Licht durch eine Probe hindurch – anschließend wird es durch das Objektiv eingesammelt. Die Probe muss also, zumindest teilweise, transparent sein, damit Licht überhaupt durch diese treten kann. Für biologische Zellen ist das zum Glück der Fall – dabei muss es sich aber um einzelne oder um eine dünne Schicht von Zellen handeln. Wie genau man eine solche Probe für das Mikroskopieren vorbereitet, lernst du im Video Mikroskopieren – Präparate herstellen.


Das Lichtmikroskop – Tipps zur Anwendung

Wenn du dich an ein Mikroskop setzt, solltest du zuerst kontrollieren, ob der Objektträger richtig auf dem Objekttisch aufliegt und ob die Lichtquelle eingeschaltet ist. Dann solltest du, wenn du mehrere Objektive zur Auswahl hast, mit dem Objektiv mit dem kleinsten Vergrößerungsfaktor beginnen. Mit diesem ist es zunächst am einfachsten, die Probe scharf zu stellen und einen Überblick über die Strukturen des Präparats zu gewinnen. Dazu kannst du zuerst den Grobtrieb nutzen, um die Probe hoch- und herunterzufahren. Sobald du eine Struktur erahnen kannst, nutzt du am besten den Feintrieb, um die genaue Höhe der Probe einzustellen. Du solltest die Struktur nun scharf erkennen. Anschließend kannst du zu einem Objektiv mit einer größeren Vergrößerung wechseln. Du solltest die Struktur noch immer erkennen – eventuell musst du aber mit dem Feintrieb etwas nachregeln, damit sie noch immer scharf abgebildet wird.

Dieses Video

In diesem Video lernst du, wie ein Lichtmikroskop aufgebaut ist, wie es funktioniert und wie du es anwenden kannst. Wenn du wissen möchtest, wie sich das Lichtmikroskop im Laufe der Zeit entwickelt hat, kannst du dir das Video zur Geschichte der Mikroskopie anschauen. Auch zum Thema Lichtmikroskop findest du ein Arbeitsblatt und interaktive Übungen – du kannst dein neu erworbenes Wissen also sogleich testen!

Transkript Das Lichtmikroskop

Hallo. Heute geht es uns um optische Geräte, die Biologen brauchen. Unser Thema ist die Lichtmikroskopie. Ihr kennt bereit mit Sicherheit Vergrößerungsgläser. Zum Beispiel so eines, wie ich es hier zeige. Ich kann es auch als Lesestein benutzen. Es vergrößert die Schrift und die Zahlen. Recht praktische Hilfsmittel sind Lupen. Die beiden Stiellupen unterscheiden sich ein wenig. Bei der rechten sind die Linsen unterschiedlicher Vergrößerungsstufen getrennt. Bei der linken Lupe ist eine zweite Linse in die größere eingeschliffen. Außerdem hat sie zusätzlich eine Beleuchtung. Sehr gern arbeite ich mit Einschlaglupen bei denen die Linsen geschützt sind. Diese beiden Modelle vergrößern zehn- bis zwanzigfach. Nur wenn man das Objekt direkt vor die Lupe und die Lupe vor das Auge hält, kann man scharfe Bilder entsprechender Vergrößerungen erzielen. Reges Treiben herrscht im Unterricht, wenn Schüler das erste Mal mikroskopieren dürfen. Man findet aber immer wieder einige Schüler, die die Lust am Mikroskopieren nach wenigen Stunden verlieren. Eine Ursache ist sehr oft, dass diese Schülerinnen und Schüler die Handhabung des Mikroskops nicht beherrschen und Erfolge ausbleiben. Das passiert uns nicht, denn wir sehen uns das Mikroskop genau an und lernen alle Bauteile kennen. Es befindet sich unter der Staubschutzhülle. Sehen wir uns das Grundgerüst des Mikroskops an. Es besteht aus dem Fuß, dem Stativarm und dem Tubusträger, sowie dem Grob- und dem Feintrieb. Ein Stromversorgungsgerät versorgt eine LED-Lampe, die in der Beleuchtungseinheit sitzt. Drehbar gelagert sind die Objektive. Sie sitzen am Objektivrevolver. Der Objekttisch ist durchbohrt. Da fällt das Licht hindurch und erreicht das Präparat mit dem biologischen Objekt. Unter dem Objekttisch befindet sich eine Drehscheibe mit mehreren Farbfiltern und unterschiedlich großen Öffnungen, die man je nach Wunsch und Bedarf einschwenken kann. Bevor man beginnt zu mikroskopieren schwenkt man immer das Objektiv mit der kleinsten Vergrößerung ein. Außerdem sollte ich wissen, ob ich mit Auflicht oder mit Durchlicht arbeite. Die Helligkeit kann ich hier an diesem Regler, es ist ein kleiner Dimmer, einstellen. Der Schalter für die Beleuchtung sitzt direkt vor der Beleuchtungseinheit. Jetzt muss ich nur noch die Barlow-Linse und das Okular einsetzen. Da habe ich die Wahl zwischen fünffacher oder sechszehnfacher Vergrößerung. WF bedeutet Weitfeldokular. Es ermöglicht ein weites Blickfeld beim Vergrößern. So, ich will ihn jetzt herumdrehen, damit ich das Mikroskop arbeitsfertig machen kann. Den Objekttisch bewege ich völlig nach unten. Es wird der Kreuztisch montiert. Der Kreuztisch ist erforderlich, damit das Präparat genauestens bewegt werden kann. Der Kreuztisch nimmt das Präparat auf und ich kann es mithilfe der beiden Triebknöpfe bewegen. So, jetzt habe ich das Mikroskop arbeitsbereit gemacht, es ist quasi in Grundstellung. Hier seht ihr noch, wie ich die Okulare wechseln kann. Man glaubt es nicht, dieses kleine Mikroskop schafft es 1280-fach zu vergrößern. Man muss nur alle Vergrößerungsleistungen der optischen Bauteile multiplizieren und kommt so auf die 1280-fache Vergrößerung. Nun möchte ich dir vereinfacht den Strahlenverlauf im Mikroskop zeigen. In der Beleuchtungseinheit befindet sich eine LED-, oder Halogenlampe. Oberseits des Objekttisches ist die Präparatebene. Die Leuchtfeldblende verbessert die Tiefenschärfe der Bilder. Je stärker das Objektiv vergrößert, umso näher muss es an das biologische Objekt heranrücken. Wie ihr seht, habe ich Objektiv und Okular jeweils nur mit einer Sammellinse dargestellt. Jetzt schieben wir an die Präparatebene unser Untersuchungsobjekt. Wie verlaufen aber nun die Lichtstrahlen durch die Bauteile? Seht es euch an. Blende und Kondensor bewirken, dass nur parallele Lichtstrahlen zum Präparat gelangen. Das hindurchfallende Licht wird weiter zum Auge geleitet. Auf dem gelben Fleck, der schärfsten Stelle des Sehens unserer Netzhaut, entsteht das vergrößerte Bild. Ich danke für euer Interesse und ich wünsche euch beim Mikroskopieren immer viel Erfolg. Und ich sage tschüss, bis zum nächsten Mal!

6 Kommentare

6 Kommentare
  1. (-:

    Von A Babik, vor mehr als einem Jahr
  2. danke hat mir sehr geholfen aber du redest mit etwas wenig motivation sonst ist es aber gut

    Von Timo Clauss, vor fast 2 Jahren
  3. Danke hat mir geholfen

    Von Kabiridoc, vor fast 3 Jahren
  4. Danke, hat mir geholfen :)

    Von Jannik K., vor etwa 3 Jahren
  5. lol
    XD

    Von Mafafe, vor etwa 4 Jahren
Mehr Kommentare

Das Lichtmikroskop Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Das Lichtmikroskop kannst du es wiederholen und üben.
  • Benenne die Bestandteile des Mikroskops.

    Tipps

    Vielleicht verwechselst du Okular und Objektiv? Das lateinische Wort „oculus“ bezeichnet das Auge. Daher ist das Okular jenes Linsensystem, das dem Auge sehr nahe ist.

    Die Lichtquelle ist bei einigen Mikroskopen im Stativ eingebaut.

    Lösung

    Ein Lichtmikroskop ermöglicht dir die Untersuchung von Zellen – den Bausteinen des Lebens. Die dafür erforderliche optische Vergrößerung wird durch eine bestimmte Anordnung von Linsen realisiert.
    Das Okular ist auswechselbar und vergrößert wie eine Lupe (z. B. 5-fach).
    Der Tubus ist ein Hohlzylinder, der Okular und Objektiv in der richtigen Position und Entfernung zueinander hält.
    Das Objektiv ermöglicht eine weitere Vergrößerung (z. B. 10-, 40- oder 100-fach).
    Im Objektivrevolver sind verschiedene Objektive verschraubt. Die Gesamtvergrößerung kannst du daher durch das Drehen des Objektivrevolvers verändern.
    Um das Objekt zu sehen, benötigst du Licht. Dieses leuchtet von der Lichtquelle ausgehend durch den Kondensor und die Blende von unten durch das Objekt.
    So wird durch ein Loch im Objekttisch das Objekt von Licht durchleuchtet.
    Die Lichtintensität des mikroskopischen Bildes kann durch die Blende reguliert werden.
    Die gleichmäßige Ausleuchtung des Bildes wird durch den Kondensor eingestellt.
    Du kannst das mikroskopische Bild scharf stellen, indem du den Abstand zwischen Objekt und Objektiv durch den Grob- und Feintrieb veränderst.

  • Ordne den jeweiligen Bestandteilen des Mikroskops die ihnen zugehörigen Funktionen zu.

    Tipps

    Die Gesamtvergrößerung berechnet sich als Produkt aus Okular- und Objektivvergrößerung.

    Der Objektivrevolver hält die verschiedenen Objektive, welche unterschiedliche Primärvergrößerungen im Tubus ermöglichen.

    Lösung

    Zunächst solltest du das Objektiv mit der kleinsten Vergrößerung wählen, wenn du ein Objekt mikroskopierst. Anschließend kannst du mit dem Grob- und Feintrieb ein scharfes Bild einstellen.
    Ist die Gesamtvergrößerung zu gering, drehe am Objektivrevolver, um ein stärker vergrößerndes Objektiv zu wählen.
    Der Tubus hält Okular und Objektiv in der richtigen Position und Entfernung zueinander.
    Alle wichtigen Bestandteile sind am Stativ befestigt, welches Halt und Stabilität gewährleistet.

  • Berechne den benötigten Vergrößerungsfaktor des Objektivs.

    Tipps

    Die Gesamtvergrößerung ergibt sich aus der Primär- und Sekundärvergrößerung.

    Vergrößerungsfaktoren werden als Zahlen angegeben. Eine Lupe mit 5-facher Vergrößerung besitzt den Vergrößerungsfaktor 5.

    Lösung

    Wenn das Okular eine 10-fache Sekundärvergrößerung erzeugt, muss die Primärvergrößerung des Objektivs einen Vergrößerungsfaktor von 10 besitzen.
    Denn die Gesamtvergrößerung ist das Produkt von Primär- und Sekundärvergrößerung. Also werden die beiden Vergrößerungsfaktoren miteinander multipliziert.

    Okularvergrößerung $\cdot$ Objektivvergrößerung = Gesamtvergrößerung des Mikroskops
    $ V_{Ok} \cdot V_{Ob} = V_{Ges} $
    $ 10 \cdot 10 = 100 $

  • Beschreibe den Ablauf des Mikroskopierens anhand der vorgegebenen Arbeitsschritte.

    Tipps

    Schaffe dir zunächst Platz für dein Objekt! Ein langes Objektiv mit starker Vergrößerung könnte im Weg sein.

    Du brauchst Licht, um etwas zu sehen, doch es sollte dich nicht blenden.

    Lösung

    Sorge zunächst für einen sicheren Stand des Mikroskops.
    Bevor du mit dem Objekt gegen ein Objektiv stößt, solltest du nicht nur den Abstand von Objekttisch und Objektiv mit dem Grobtrieb vergrößern, sondern auch mit dem Objektiv beginnen, dass die geringste Vergrößerung besitzt.
    Mit dem freien Platz kannst du nun das Objekt unbeschadet auf den Objekttisch legen und mit den Klammern befestigen. Wenn du versehentlich mit der Hand gegen das Mikroskop stößt, kann dir das Objekt nicht vom Objekttisch rutschen.
    Du wirst Licht brauchen, um etwas zu sehen. Daher kannst du nun die Lichtquelle einschalten und die Blende zur Regulierung der Lichtintensität nutzen.
    Jetzt, da es nicht zu dunkel für dich ist, du aber auch nicht vom Licht geblendet wirst, solltest du prüfen, ob dein mikroskopisches Bild gleichmäßig ausgeleuchtet ist. Nutze den Kondensor, um dies zu gewährleisten.
    Mit dem Grob- und Feintrieb kannst du schließlich das optisch vergrößerte Objekt scharf stellen.

  • Beschreibe, wie das Präparat in das richtige Blickfeld gesetzt wird.

    Tipps

    Mithilfe des Grob- und Feintriebs lässt sich das Bild scharf stellen, jedoch nicht die Position des Objekts verändern.

    Lösung

    Der Kreuztisch ist erforderlich, damit das Präparat präzise bewegt werden kann.

  • Berechne die verschiedenen Vergrößerungen.

    Tipps

    Die Vergrößerung im Mikroskop ergibt sich aus der Vergrößerung der Linse des Okulars multipliziert mit der Vergrößerung der Linse des Objektives.

    Der Maßstab gibt das Verhältnis des Originals zum mikroskopischen Bild an.

    Lösung

    Die Vergrößerung im Mikroskop ergibt sich aus der Vergrößerung der Linse des Okulars multipliziert mit der Vergrößerung der Linse des Objektives. Dabei verfügt ein Mikroskop meist über drei bis vier verschiedene Objektive, die im Objektivrevolver eingestellt werden können. Beim Mikroskopieren beginnst du stets mit der kleinsten Vergrößerung und erhöhst diese dann je nach Bedarf. Bei mikroskopischen Bildern in Büchern wird oft ein Maßstab angegeben. Dieser gibt dir das Verhältnis des Originals zum mikroskopischen Bild an. Beispielsweise entspricht der Maßstab 1:40 einer 40-fachen Vergrößerung.

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