Como Se Forma La Imagen En Un Microscopio?

K&f concept 2026-07-20 02:20:15 0 Comments

Lentes convergentes y divergentes

El funcionamiento del microscopio óptico se basa en el uso de lentes. Las lentes son elementos transparentes, generalmente de material amorfo (vidrio de sílice o un polímero). Sus caras no son paralelas, siendo al menos una de ellas cóncava o convexa. La mayor parte de las lentes suelen ser circulares y, en muchas ocasiones simétricas con respecto al denominado eje óptico, que es el eje que atraviesa la lente longitudinalmente por su centro. Por eje principal de la lente se conoce a su eje de simetría radial.

Se llaman lentes convergentes a aquéllas en las que una o ambas caras son convexas, ya que provocan que los rayos de luz que pasan a su través, paralelos al eje principal, converjan en un punto del eje principal (foco de la lente).
En el caso de que alguna de las caras sea de tipo cóncavo, la lente se denomina divergente, porque en este caso los rayos de luz divergen hacia un punto fuera del eje principal de la lente.
Cuando un objeto, entendiendo por objeto a todo cuerpo que emite o refleja luz, se coloca delante de una lente, se forma una imagen que puede ser real o virtual.
Imágenes reales son todas aquéllas que pueden recogerse en una pantalla colocada al otro lado de la lente, en el punto donde se forma la imagen.
Por el contrario, las imágenes virtuales no pueden recogerse en una pantalla, ya que los rayos procedentes del objeto no se cortan en ningún punto al otro lado de la lente.

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Imágenes reales e imágenes virtuales

En este último caso, el ojo puede formar una imagen del objeto en la retina, imagen que nos parecerá estar del mismo lado de la lente que lo está el objeto, situada en un punto denominado virtual. Es el mismo fenómeno que sucede cuando vemos un objeto reflejado en un espejo plano. Nos da la sensación de que el objeto está situado en un plano detrás del espejo, cuando la realidad es que el objeto está en el mismo lado del espejo que nosotros.

Colocando una pantalla o una película fotográfica donde parece estar la imagen formada, no se recogería nada.

Lentes divergentes: Las divergentes siempre dan lugar a imágenes virtuales y menores que el objeto observado.
Lentes convergentes: Los rayos paralelos al eje principal que inciden sobre ella se concentran en un punto (foco) al otro lado de la misma.
Distancia focal: La distancia entre este punto y el eje de la lente, se denomina distancia focal, y es uno de los parámetros característicos de las lentes.
Lentes simétricas: En las lentes simétricas (biconvexas), se distinguen dos distancias focales: f es la correspondiente a la zona donde se encuentra el objeto, y f’ es la que se encuentra en la región donde se forma la imagen.

Ambas distancias son iguales, pero se usa esta nomenclatura para poder distinguir la zona a la que nos referimos.

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Trayectoria de los rayos de luz

Cualquier rayo que pasa por el foco objeto, f, llega a la lente y se refracta con una dirección paralela al eje principal.
Si el rayo pasa por el centro óptico de la lente (su centro geométrico) no sufre ninguna desviación.
Para construir la imagen del objeto, basta representar dos de las tres trayectorias mencionadas anteriormente.
Suelen emplearse la letra u para designar la distancia desde el objeto a la lente, y v para la distancia entre ésta y la imagen.
Conocida la distancia focal de una lente, y la separación a la que se coloca un objeto determinado, puede calcularse la distancia a la que se forma la imagen.

Siendo h y h las alturas del objeto e imagen, respectivamente, la magnificación producida vendrá dada por el cociente h/h.

Para que haya magnificación, el objeto ha de colocarse a una distancia de la lente, u, tal que 0u-fu entre f y 2f.
Si el objeto se sitúa a una distancia superior a 2f, la imagen estará entre f’ y 2f’, y será más pequeña que el objeto.
Si la distancia del objeto a la lente es 2f, la imagen tiene el mismo tamaño que el objeto, y se sitúa en 2f’.
Si el objeto se coloca justo en el foco, la imagen no se formará.
Si la distancia del objeto es inferior a la distancia focal de la lente, la imagen será virtual y, por tanto no podrá recogerse en una pantalla.

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Microscopio simple y microscopio compuesto

El microscopio más sencillo que se puede construir, el denominado microscopio simple, es el que hace uso de una sola lente para obtener una imagen magnificada del objeto de análisis. Para ello se hace necesario acercar o alejar la lente del objeto hasta que éste se encuentre a una distancia de entre una y dos veces la distancia focal de la lente. Una simple lupa, o unas gafas, es un microscopio de esta clase.

Es un instrumento muy útil para inspecciones iniciales a pocos aumentos. Fueron los primeros microscopios que se desarrollaron, y como ejemplo pueden mencionarse los de Leeuwenhoek.

Empleando microscopios simples es imposible obtener imágenes sin distorsión a partir de ciertas magnificaciones.
Para observar objetos con mayores aumentos es necesario usar combinaciones de varias lentes, los denominados microscopios compuestos.
El microscopio compuesto tiene, en su versión más rudimentaria, dos lentes: el objetivo y el ocular.
La lente objetivo produce una magnificación del objeto.
La imagen creada por la lente objetivo es aumentada de nuevo por el ocular.
La magnificación total que con este microscopio se consigue de un objeto es el resultado de las magnificaciones producidas por el objetivo y el ocular.

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Objetivo, ocular y aumentos

Para aumentar un objeto basta, por tanto, con alterar las distancias focales de la lente objetivo y/o ocular, o bien modificar las distancias entre dichas lentes. Cambiar las posiciones de las lentes traería aparejado una serie de problemas adicionales como holguras, mayor probabilidad de averías y aumento de la complejidad del aparato, por lo que no son éstos los parámetros sobre los que se actúa en la práctica.

Lo que queda es modificar las distancias focales de las lentes, o lo que es lo mismo, cambiar de lentes para conseguir diferentes magnificaciones. Sólo es necesario variar una de las distancias focales para alterar la magnificación resultante, de modo que, por motivos análogos a los comentados, en la práctica sólo se cambia de lente objetivo, dejando el ocular fijo.

Objetivo y ocular: Los modernos microscopios compuestos son más complicados que el descrito, al estar formados el objetivo y el ocular no por una, sino por múltiples lentes, cuya función principal es la de reducir aberraciones.
Ocular: El ocular es un sistema de lentes fijo en el microscopio y que, por regla general, suelen ampliar la imagen del objetivo 10 veces (10x).
Objetivos: Para poder observar la muestra con diferentes aumentos, se dispone de una serie de diferentes objetivos montados en una torreta de tipo revólver.
Magnificaciones: Las magnificaciones de cada uno son muy diferentes, pudiendo ir desde los 5 a los 100 aumentos (5x y 100x).

Los aumentos totales con que se suelen ver las muestras en un microscopio óptico van desde los 50 a los 1000 aumentos. Recuérdese que la magnificación total es el resultado de multiplicar los aumentos producidos en el objetivo, por los del ocular.

Luz visible y enfoque de la muestra

Un microscopio óptico forma una imagen al pasar luz visible a través de una muestra, como una célula. La luz es luego enfocada por una serie de lentes. El lente objetivo magnifica la muestra, y el lente ocular (o visor) amplía aún más la imagen. La imagen resultante es una vista de la muestra magnificada y en dos dimensiones.

También, hasta ahora, hemos supuesto que el objeto emite luz, y dicha situación rara vez se da. Por ello se hace necesario emplear un sistema de iluminación, que en los inicios de la microscopía no era más que un espejo que permitía reflejar los rayos solares hacia el objeto que se deseaba observar. Hoy en día se emplean lámparas para tal fin, consiguiéndose una iluminación mucho más estable y controlable.

Una parte fundamental de la iluminación de un microscopio es el sistema condensador.
El sistema condensador consta de un diafragma (apertura) y un conjunto de lentes.
Su finalidad principal es concentrar la luz de la fuente de iluminación en la muestra.
El condensador mejora el contraste de la imagen, y permite modificar el ángulo con el que la luz llega al espécimen.
El objetivo es la lente que está en contacto con la luz que viene del objeto.
El ocular es la lente por donde se mira el objeto ampliado.

Resolución y paso de la luz

Pero el aumento no es lo único que importa en un microscopio óptico. También hay que tener en cuenta la resolución, que es la capacidad de distinguir dos puntos cercanos como separados. La resolución depende de la longitud de onda de la luz que se usa para iluminar el objeto y del ángulo que forma la luz al entrar en el objetivo.

Cuanto menor sea la longitud de onda y mayor sea el ángulo, mayor será la resolución.
La resolución máxima que se puede alcanzar con un microscopio óptico es de unos 0,2 micrómetros (µm), que es la mitad de la longitud de onda de la luz visible.
Esto significa que no se pueden ver objetos más pequeños que esa medida, como los átomos o las moléculas.
Para ver esos objetos se necesitan otros tipos de microscopios, como los electrónicos o los de fuerza atómica.
Al atravesar una lente, la luz se desvía y se enfoca en un punto, formando una imagen ampliada del objeto.

Un aspecto muy importante de la iluminación, es la interacción del haz de luz con la muestra que se desea observar; en el sentido de que algunos materiales permiten el paso de la luz a su través, mientras que otros son completamente opacos a ella.

Microscopios de luz transmitida: Para el primer grupo de materiales (muestras biológicas, polímeros, …) se emplean los microscopios de luz transmitida.
Microscopios de luz reflejada: Los denominados microscopios de luz reflejada se usan para la observación de materiales opacos (metales, cerámicas, …).
Imagen observada: La imagen que observamos en estos microscopios es el resultado de la reflexión de un haz de luz sobre la superficie de la muestra.
Superficie de la muestra: Para que la reflexión, y por tanto la imagen, sea adecuada, la muestra ha de tener una superficie lo más plana y pulida posible.

Recorrido de la luz reflejada

Además, debido a la naturaleza de las preparaciones metalográficas, los microscopios de reflexión suelen ser del tipo invertido, es decir la probeta se coloca en la parte superior del microscopio, sobre un soporte denominado pletina.

La superficie de la muestra que se desea estudiar se coloca hacia abajo, sobre un taladro que tiene la pletina para que la luz pueda incidir sobre ella.
Esto se hace así para asegurar la planitud de la superficie preparada frente a la luz incidente, asegurando que los rayos reflejados sean normales a dicha superficie.
Además, la pletina tiene unos mandos para moverla, y con ella la muestra, con respecto al haz de luz, de modo que se puedan observar diferentes zonas de la superficie de la probeta.
Así se permite una mejor selección de la región de estudio, y se evita tener que manipular la muestra, con los peligros de rayado que ello conlleva.
Como es evidente, por la estructura de los epimicroscopios, la luz atraviesa dos veces el mismo camino, antes y después de incidir en la muestra.
Para permitir esto se usan juegos de espejos semi-translúcidos a 45º para separar ambos haces.