Номер 3, страница 261 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

3. По рисунку 185 расскажите об устройстве и принципе действия камеры Вильсона.

3. Камера Вильсона — это один из первых в истории приборов для регистрации следов (треков) заряженных частиц. Её устройство и принцип действия основаны на явлении конденсации пересыщенного пара.

Устройство камеры Вильсона

Камера представляет собой герметичный сосуд с прозрачной верхней крышкой (для наблюдения) и подвижным поршнем или диафрагмой в нижней части. Внутренний объем камеры заполнен смесью газа (например, воздуха или аргона) и паров легкоконденсирующейся жидкости, такой как вода или этиловый спирт. Для визуализации треков используется боковая подсветка. Часто в камере создается электрическое поле для очистки объема от ионов после регистрации, а для исследования свойств частиц вся установка может быть помещена во внешнее магнитное поле.

Принцип действия камеры Вильсона

Работа камеры основана на том, что ионы, создаваемые заряженной частицей, служат центрами конденсации для пересыщенного пара. Процесс происходит в несколько этапов.

Сначала создается пересыщенное состояние. Исходно пар в камере является насыщенным. При резком движении поршня вниз происходит адиабатное расширение газа. Вследствие этого газ и пар внутри камеры быстро охлаждаются, и пар становится пересыщенным. Это состояние является метастабильным: пар готов сконденсироваться, но для этого нужны «зародыши» или центры конденсации.

Далее происходит ионизация. Когда быстрая заряженная частица пролетает через рабочий объем камеры в этот момент, она сталкивается с молекулами газа и ионизирует их, оставляя за собой след из положительно и отрицательно заряженных ионов.

Затем формируется видимый трек. Ионы, образовавшиеся вдоль траектории частицы, становятся идеальными центрами конденсации. Молекулы пересыщенного пара мгновенно конденсируются на них, образуя мельчайшие капельки жидкости. Цепочка таких капелек, подсвеченная источником света, видна как туманный след (трек), который в точности повторяет путь частицы.

Полученные треки фотографируют и анализируют. По длине трека можно судить об энергии частицы, по его толщине — об ионизирующей способности (например, треки тяжелых α-частиц — короткие и жирные, а легких β-частиц — длинные и тонкие). Если камера находится в магнитном поле, то по искривлению трека можно определить знак заряда частицы и её импульс.

Наконец, происходит перезарядка камеры. После регистрации события включается электрическое поле, которое «собирает» все ионы, очищая объем. Поршень возвращается в исходное положение, капельки испаряются, и камера готова к новому циклу измерений.

Ответ: Камера Вильсона — это прибор, состоящий из герметичной камеры с поршнем, заполненной парами жидкости (воды, спирта). Принцип действия заключается в создании пересыщенного пара путем резкого адиабатного расширения, в котором пролетевшая заряженная частица оставляет след из ионов. Эти ионы служат центрами конденсации, в результате чего вдоль траектории частицы образуется видимый туманный след (трек) из капелек жидкости.