Номер 800, страница 120 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Модели атомов. Поглощение и испускание света атомами. Радиоактивные превращения атомных ядер. Закон радиоактивного распада - номер 800, страница 120.

Условие.

800. Чем можно объяснить потерю энергии $\alpha$-частицами при их движении в воздухе?

Решение.

Потеря энергии α-частицами (ядрами атома гелия $ _{2}^{4}\text{He} $) при их движении в воздухе объясняется их электромагнитным взаимодействием с атомами и молекулами, из которых состоит воздух (в основном азот и кислород).

Основной вклад в потерю энергии вносят неупругие столкновения с электронами атомов. Альфа-частица обладает большим положительным зарядом ($q_{\alpha} = +2e$) и, пролетая мимо атомов, своим сильным электрическим полем воздействует на их электронные оболочки. В результате этого взаимодействия α-частица передает часть своей кинетической энергии электронам. Этот процесс может приводить к двум основным результатам.

Во-первых, это ионизация — процесс, при котором переданной энергии достаточно, чтобы полностью вырвать электрон из атома или молекулы. В результате образуется пара ионов: положительно заряженный ион (атом, потерявший электрон) и свободный электрон. На каждый акт ионизации затрачивается определенная порция энергии α-частицы.

Во-вторых, это возбуждение атомов и молекул. Если α-частица пролетает на большем расстоянии от атома, переданной энергии может быть недостаточно для ионизации, но ее хватает для перевода электрона на более высокий, возбужденный энергетический уровень. Этот процесс также отнимает энергию у α-частицы.

Двигаясь в воздухе, α-частица совершает огромное количество таких взаимодействий, каждый раз теряя небольшую часть своей энергии. Суммарный эффект этих многочисленных актов ионизации и возбуждения приводит к постепенному торможению частицы и полной потере ее кинетической энергии на относительно коротком расстоянии (несколько сантиметров в воздухе при нормальных условиях). Вклад упругих столкновений с ядрами атомов в общую потерю энергии значительно меньше из-за их малой вероятности.

Ответ: Потеря энергии α-частицами при движении в воздухе объясняется главным образом процессами ионизации и возбуждения атомов и молекул воздуха, которые происходят в результате электромагнитного взаимодействия положительно заряженной α-частицы с электронами этих атомов и молекул.