Номер 2, страница 115 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

2. Почему следы альфа-частиц наблюдаются только после расширения газа?

2. Следы альфа-частиц в камере Вильсона наблюдаются только после расширения газа, потому что именно этот процесс создает необходимые условия для конденсации пара и, как следствие, для визуализации траектории частицы.

Процесс происходит следующим образом:

1. Подготовка. Внутренний объем камеры заполнен газом и насыщенными парами легкокипящей жидкости (например, спирта или воды). В этом состоянии пар находится в равновесии, он не конденсируется сам по себе.

2. Адиабатное расширение. Объем камеры резко увеличивается (например, с помощью поршня). Это расширение происходит очень быстро, поэтому теплообмен с окружающей средой пренебрежимо мал. Такой процесс называется адиабатным. При адиабатном расширении газ совершает работу, из-за чего его внутренняя энергия и, следовательно, температура, уменьшаются. Пары жидкости также резко охлаждаются.

3. Создание пересыщенного пара. В результате резкого охлаждения пар становится пересыщенным. Пересыщенный пар — это неустойчивое состояние, при котором плотность пара превышает плотность насыщенного пара при данной (пониженной) температуре. Пар готов сконденсироваться, но для этого ему нужны центры конденсации.

4. Пролет частицы и ионизация. Когда заряженная частица, например альфа-частица, пролетает через камеру, она взаимодействует с атомами газа, ионизируя их. Вдоль траектории движения частицы образуется цепочка ионов.

5. Конденсация и образование трека. Ионы, образовавшиеся вдоль пути альфа-частицы, служат идеальными центрами конденсации для пересыщенного пара. Молекулы пара притягиваются к ионам и образуют на них мельчайшие капельки жидкости. Совокупность этих капелек, расположенных вдоль траектории, образует видимый след, или трек, частицы.

Таким образом, до расширения газ не находится в состоянии пересыщения, и даже если альфа-частица создает ионы, на них не происходит интенсивной конденсации пара, и трек не образуется. Расширение газа является ключевым этапом, который переводит пар в пересыщенное состояние, делая среду чувствительной к пролету ионизирующих частиц.

Ответ: Расширение газа в камере Вильсона вызывает его резкое охлаждение (адиабатное расширение), в результате чего содержащийся в газе пар становится пересыщенным. Только в этом пересыщенном, неустойчивом состоянии пар может быстро конденсироваться на ионах, которые альфа-частица оставляет на своем пути, образуя видимый след (трек). Без расширения пар не является пересыщенным, и конденсация на ионах не происходит.