Камеру вильсона помещают в однородное магнитное поле для
Цель работы: изучение принципа работы камеры Вильсона и законов движения заряженных частиц в однородном магнитном поле.
Камера Вильсона была изобретена шотландским физиком Ч. Вильсоном в 1910–1912 гг. и являлась одним из первых приборов для регистрации заряженных частиц. В основе действия камеры лежит свойство конденсации капелек воды на ионах, образовавшихся вдоль трека (следа) частицы. Появление камеры Вильсона не только позволило увидеть треки частиц, но и сделало возможным «распознавание» этих частиц (заряд, энергия), а также дало много нового материала, который послужил основанием для некоторых важных открытий.
Принцип работы камеры Вильсона довольно прост. Известно, что если парциальное давление водяного пара превышает его давление насыщения при данной температуре, то может образоваться туман и выпасть роса. Показатель перенасыщения S – это отношение парциального давления к давлению насыщения при данной температуре. Для самопроизвольной конденсации пара в чистом воздухе нужны большие показатели перенасыщения (S
10), но если в воздухе присутствуют посторонние частицы, способные служить центрами конденсации, то образование микрокапелек может начаться и при меньших значениях S.
Частицы, образующиеся при радиоактивном распаде, обладают достаточной энергией для ионизации большого числа молекул газа, составляющего среду. Образующиеся при пролете частицы ионы эффективно притягивают молекулы воды вследствие несимметричности распределения заряда в этих молекулах. Таким образом, частица, высвободившаяся при радиоактивном распаде, пролетая перенасыщенную среду, должна оставлять за собой след из капелек воды. Его можно увидеть и заснять на фотопластинку в камере Вильсона.
В 1923 г. советский физик П.Л. Капица поместил камеру Вильсона в сильное магнитное поле, которое искривляло траекторию движения частиц. По величине искривления траектории можно определять заряды и энергии частиц.
Рассмотрим движение частицы в поперечном однородном магнитном поле. Если частица влетает в магнитное поле перпендикулярно его силовым линиям, то на нее действует сила Лоренца 
, т.к. угол между скоростью и направлением индукции поля в этом случае равен 90 градусов. Эта сила перпендикулярна скорости частицы и поэтому не совершает работы и не изменяет кинетической энергии частицы. По этой причине величина скорости частицы в магнитном поле постоянна. Поскольку направление движения частицы изменяется, то частица все же имеет ускорение, которое является центростремительным, при этом частица движется по окружности, плоскость которой перпендикулярна силовым линиям магнитного поля. 2-й закон Ньютона запишется в виде:
, (1)
где R – радиус окружности. Отсюда следует, что радиус 
, т.е. он пропорционален скорости частицы. Время одного оборота частицы по окружности равно 
, т.е. оно не зависит от скорости частицы.
Из формулы (1) можно получить выражение для удельного заряда частицы, т.е. для отношения заряда частицы к ее массе:
. (2)
Из формулы (2) видно, что для определения этой величины необходимо измерить скорость частицы и радиус окружности, по которой она движется в магнитном поле, а также знать величину индукции магнитного поля.
Поскольку поле наблюдения является кругом, то наблюдатель видит лишь часть траектории частицы, которая зависит от соотношения радиуса траектории частицы и радиуса поля наблюдения. Имеются три различных случая, которые представлены на рис. 1: радиус траектории может быть меньше, больше или равен радиусу самой камеры Вильсона.
Камеру вильсона помещают в однородное магнитное поле для
В камере Вильсона, помещенной во внешнее магнитное поле таким образом, что вектор магнитного поля направлен перпендикулярно плоскости рисунка на нас, были сфотографированы треки 2-х частиц. Какой из треков может принадлежать протону?
4) ни один из приведенных
На заряженные частицы в камере Вильсона действует сила Лоренца, сообщающая им центростремительное ускорение. Направление силы Лоренца определяется правилом левой руки: «Если левую руку расположить так, чтобы линии индукции магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно ей, а четыре пальца были направлены по току (по движению положительно заряженной частицы или против движения отрицательно заряженной), то отставленный на 
большой палец покажет направление действующей силы Лоренца». Мысленно проделав указанные действия, получаем, что оба трека соответствуют положительно заряженным частицам. Таким образом, оба трека могут соответствовать протону.
Здравствуйте! На рисунке направление тока, в отличие от линий индукции магнитного поля, никак не обозначено. Подскажите пожалуйста, куда направлен ток и почему.
В условии сказано, что это треки влетевших в камеру Вильсона частиц, то есть это не совсем токи. За направление тока выбирается направление положительных переносчиков заряда, а влетающие частицы могут быть заряжены отрицательно. Естественно, что частицы влетают с краю камеры Вильсона и дальше начинают в ней двигаться по спирали, а не возникают где-то в середине и вылетают наружу.
Вот именно потому, что частицы могут переносить и отрицательный заряд и положительный непонятно, куда направить 4 пальца 🙂
Есть два способа по определению направления силы при помощи правила левой руки:
1) Всегда направляем 4 пальца по скорости частицы. Оставленный большой палец покажет силу, действующую на положительную частицу. Если частица на самом деле заряжена отрицательно, то сила будет направлена противоположно. В данной задаче, получается, что обе частицы закручиваются «направо», то есть туда, куда и указывает большой палец, а значит, это положительные частицы.
2) Если Вы сразу знаете, что частица отрицательная, например, в условии сказано, что это электрон. То можно 4 пальца направлять против скорости, тогда большой палец сразу покажет направление силы.
Как именно направлять руку в случае отрицательно заряженных частиц — вопрос удобства, разные люди предпочитают разные способы 🙂
Главное, запомните для себя один правильный способ и всегда его используйте, чтобы не ошибаться.
Какое-то не понятное задание,я не разберусь как определить куда направлена скорость частиц
Спирали на рисунке — это траектории частиц. Скорости всегда направлены по касательной к траектории.
На приведенной здесь картинке нарисованы скорости обеих частиц в разные моменты времени.
Возможно, Вас смущает то, что траектории представляют собой спирали, а не окружности. Попробую немного пояснить.
Когда заряженная частица влетает в магнитное поле перпендикулярно силовым линия, она начинает двигаться по окружности под действием силы Лоренца. Сила Лоренца всегда направлена перпендикулярно вектору скорости, поэтому она не способна изменять его величину, она меняет только его направление. Но в Камере Вильсона на частицу могут действовать и другие силы (например, со стороны наполняющего камеру перенасыщенного пара), которые постепенно уменьшают ее скорость. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению радиуса вращения, вот и получается спираль. Как-то так, наверное, 🙂
Эти два способа я впервые вообще вижу. Теперь все предельно ясно 🙂 Спасибо огромное!
Камеру вильсона помещают в однородное магнитное поле для
В опыте Резерфорда 
-частицы рассеиваются
1) электростатическим полем ядра атома
2) электронной оболочкой атомов мишени
3) гравитационным полем ядра атома
4) поверхностью мишени
В опыте Резерфорда -частицы рассеиваются электростатическим полем ядра атома.
1) поток ядер гелия
3) поток электронов
4) электромагнитные волны
Гамма-излучение — это вид электромагнитного излучения с очень малой длиной волны.
Какие заряд Z и массовое число А будет иметь ядро элемента, получившегося из ядра изотопа 
после одного -распада и одного электронного 
-распада?
1) 
2) 
3) 
4) 
В соответствии с уравнением 
после одного -распада получившееся ядро будет иметь заряд и массовое число 
Претерпев после этого -распад, согласно уравнению 
конечный продукт реакции будет иметь заряд и массовое число
