Камера Вильсона: плюсы и минусы | Плюсы и минусы — почему треки в камере вильсона необходимо фотографировать
24.02.2019В 1912 ученый из Шотландии по имени Чарльз Вильсон изобрел прибор, необходимый для самостоятельной регистрации следов треков заряженных частиц. Изобретение камеры дало Вильсону в 1927 году возможность быть удостоенным высшей награды в области физики — Нобелевской премии.
Камера Вильсона: плюсы и минусы
В 1912 ученый из Шотландии по имени Чарльз Вильсон изобрел прибор, необходимый для самостоятельной регистрации следов треков заряженных частиц. Изобретение камеры дало Вильсону в 1927 году возможность быть удостоенным высшей награды в области физики — Нобелевской премии.
Строение прибора
Туманной камерой, или как иначе называют камерой Вильсона, принято считать не большую по размеру емкость с крышкой, изготовленной из такого материала, как стекло, в самом низу камеры располагается поршень.
Наполнение прибора происходит вследствие впуска насыщенных паров эфира, спирта, либо обычной воды, они предварительно очищаются от пыли, в нее: это необходимо для того, чтобы частицы, пролетая, не задерживались центрами конденсации, находящихся в молекулах воды.
После заполнения камеры парами поршень опускается, далее вследствие возникновения адиабатического расширения происходит стремительное охлаждение паров, которые становятся перенасыщенными. Заряженные частицы, проходя по всей емкости камеры, оставляют за собой след из ионных цепочек. Пар в свою очередь, конденсируясь на ионах, оставляет треки – следы частиц.
Устройство работы
Принцип работы прибора
Вследствие того что в исследуемом пространстве периодически происходит перенасыщение парами разнообразных центров конденсации (ионами, сопровождающими след стремительно перемещающейся частицы), на них происходит появление небольших по размеру капель жидкости. Объем этих капель со временем увеличивается, вместе с этим представляется возможность их зафиксировать, делают это при помощи их фотографирования.
Источник исследуемого материала находится либо в пределах камеры, либо же непосредственно за ее пределами. В том случае, когда он будет находиться вне емкости камеры, частицы в нее могут залетать в небольшое прозрачное окно, расположенное на ней. Чувствительность прибора по отношению к временному отрезку может изменяться от 0,01 доли секунды до 2-х – 3-х секунд, это время необходимо для нужного перенасыщения ионной конденсации.
Следом следует сразу же почистить рабочий объем камеры, это делается для восстановления ее чувствительности. Камера Вильсона работает только лишь в циклическом режиме. Один полный цикл примерно равен минуте.
Наиболее известные применения прибора
Используя камеру Вильсона в 1932 году, физик-экспериментатор из США по имени Карл Дейвид Андерсон смог установить содержание в космических лучах позитрона.
Первым, кому пришло в голову поместить туманную камеру в область нахождения сильнейшего магнитного поля , стали советские ученые-физики Д. В. Скобельцин и П. Л. Капица, что они и совершили с огромным успехом в 1927 году, через 15 лет с момента создания знаменитого прибора. Советские исследователи определили вместе с импульсами знаки зарядов и такие количественные характеристики частиц, как масса и скорость, что стало сенсационным прорывом советской физики в рамках мирового масштаба.
Преобразование прибора
В 1948 году в области физики произошло усовершенствование камеры Вильсона, автором подобной разработки стал английский физик Патрик Блэккет, получивший за свое изобретение Нобелевскую премию. Ученый создал управляемую версию туманной камеры. Он установил в прибор специальные счетчики, регистрируемые самой камерой, они сами же «запускают» камеру для наблюдений действий подобного рода.
Новая усовершенствованная камера Вильсона, работающая в подобном режиме, становится более деятельной, происходит заметный рост ее эффективности.
Вильсон дожил до того времени, когда произошло преобразование его детища, он назвал эксперимент удачным и признал всю важность использования варианта прибора, представленного Патриком Блэккетом.
Усовершенствованная камера Вильсона
Значение прибора
Камера Вильсона стала для первой половины XX века уникальным прибором, поднявшим престиж физики во всем научном мире. Она позволила физикам отследить следы заряженных частиц и представить это открытие обществу.
Плюсы
- Камера Вильсона стала первым в мире прибором, который смог отследить следы треков заряженных частиц.
- Данный прибор успешно применяется в магнитном поле.
- Камера Вильсона сыграла важную роль в исследовании строения огромного количества веществ (рубидий и так далее).
- С помощью применения туманной камеры физики смогли исследовать ядерные излучения и космические лучи.
Минусы
- С учетом роста давления в камере, одновременно также увеличивается и временной отрезок, необходимый для измерения нечувствительности прибора, его физики называют мертвым временем.
- Работа камеры Вильсона требует давления от 0,1 до 2-х атмосфер, если появляется более высокое давление, то в таком случае работа прибора становится затрудненной, что напрямую связано с запотеванием стекла камеры, его нужно постоянно очищать.
- Камера не дает совершить полноценную автоматизацию данных.
Источник: http://plusiminusi.ru/kamera-vilsona-plyusy-i-minusy/
Город-экран
Камера Вильсона Cloud chamber
Таким образом, камера Вильсона работает в циклическом режиме. А то и того и другого. Источник заряженных частиц может находиться, как внутри камеры, так и снаружи. Все это происходит в магнитном поле перпендикулярном плоскости фотографирования и потоку частиц. Как лампочка включил-выключил.Если в одну конкретную, то почему именно в ту же сторону что и электрон.
Камера Вильсона – трековый детектор элементарных заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка мелких капелек жидкости вдоль траектории её движения. На ионах образуются капли жидкости, которые вырастают до размеров достаточных для наблюдения (10-3-10-4 см) и фотографирования при хорошем освещении.
Камера Вильсона Cloud chamber
После этого необходимо очистить рабочий объём камеры и восстановить её чувствительность. С помощью камеры Вильсона в 1932 г. К.Андерсон обнаружил в космических лучах позитрон. Важным усовершенствованием, удостоенным в 1948 г. Нобелевской премии (П. Блэкетт), явилось создание управляемой камеры Вильсона.
Управляемость” камеры Вильсона объясняется тем, что можно обеспечить очень высокую скорость расширения газовой среды и камера успевает отреагировать на запускающий сигнал внешних счётчиков. Ка́мера Ви́льсона (она же туманная камера) — один из первых в истории приборов для регистрации следов (треков) заряженных частиц. Эти капли достигают значительных размеров и могут быть сфотографированы. Когда поршень опускается, то за счет адиабатического расширения пары охлаждаются и становятся перенасыщенными.
Как в домашних условиях увидеть субатомные частицы
Камера Вильсона сыграла огромную роль в изучении строения вещества. В мощных лазерных импульсах можно получить электромагнитные поля релятивистских напряжённостей. Ан нет, есть только рождение электрона и позитрона. Вопрос не только к теории, вопрос и к практике. Это одна из первых фотографий электрон- позитронной пары от гамма кванта. На принципе как бы ионизации молекул пара на пути быстро летящей зараженной частицы, создающих центры конденсации в перенасыщенном паре, которые в свою очередь образуют треки частицы.
То есть имеемплоскую фотографию объема камеры. То, что и может отклоняться в направлении от наблюдателя, не фиксируется, а шаг витков неизвестен, даже при стереосъемке, но это к слову. Стереосъемка дает видимую объемность, но не реальную. Главное.Частица, например, электрон имеет элементарный заряд.В единственном числе. Отдать часть заряда она не в состоянии, то есть и не в состоянии ионизировать множество молекул.
Диффузионная камера
А значит и обмен частями тела (атома) – электронами, между двумя практически сопоставимыми или равными по размеру и массе телами (атомами). А такой обмен энергией в макромире маловероятен. В понятииионизации множество «дыр». Из которых приходится выворачиваться и латать их самыми экстравагантными методами.
Принято различать ионизацию двух типов — последовательную (классическую) и квантовую, не подчиняющуюся некоторым законам классической физики. Все этоможно прочесть в любом учебнике. Но из другого источника еще определение: образование положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул.(БСЭ).
Если энергия И. W сообщается ионизуемой частице другой частицей (электроном, атомом или ионом) при их столкновении, то И. называется ударной. Разберемся с классикой квантовой механики и этой самой ударной ионизацией. И тут имеем два случая. Прямо и конкретно об этой двуликой ионизации не заявляется, но имеется еще и «сугубо» квантовая ионизация-фотоэффект.
И все уже теперь принадлежит атому или молекуле. Трека той первичной частицы не получится. Особых причин для сброса ионизированного состояния нет. Но даже если и происходит сброс ионизированного состояния это уже будет не исходный, а вторичный электрон с непредсказуемой траекторией..
Она частично отдается электрону атома(молекулы). Почему ядро в этом не участвует. У нас облако электронов существует и не пускает. И прямое столкновение не вызывающего излучения кванта-фотона, как то странно выглядит. Приходится разбивать схему навозбуждение атома, излучение фотона и этим фотоном уже срывать электрон с другого атома. Фотоэффект.
И летают они в любых направлениях как шары на биллиардном столе после разбивки пирамиды. Почему? Да потому что если фотон излучается электроном сразу во все стороны это самое логичное предположение.
Открытие антиэлектрона
И обязательно вызвать срыв свободного электрона, а не повторное возбуждение с последующим излучением.. Электрон возбудил и улетел, он очень еще быстр, куда?Да точно вперед или немного отклоненный магнитным полем, но вперед, а не вбок. Ему траекторию рисовать надо. Трек. Несколькофантастично. Молекула возбудилась, электрон светанул прожектором, квант-фотон пульнул, обязательно на молекулу рядом по ходу трека. Вопрос какой? Возможно инфракрасный.
Возможности камеры Вильсона значительно возрастают при помещении её в магнитное поле. По искривлённой магнитным полем траектории заряженной частицы определяют знак её заряда и импульс. И может по настоящему в классическом понимании ионизировать только одну. молекулу. В камере Вильсона (см. рис. 1) треки заряженных частиц становятся видимыми благодаря конденсации перенасыщенного пара на ионах газа, образованных заряженной частицей.
Источник: http://viehonsat.ru/kamera-vilsona-cloud-chamber/
Лабораторная работа №6 Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям
Решебник по физике за 9 класс (А.В.Перышкин, Е.М.Гутник, 2009 год),
задача №6
к главе «Лабораторные работы».
Цель работы: объяснить характер движения заряженных частиц.
Задание 1. На двух из трех представленных вам фотографий (рис. 188, 189 и 190) изображены треки частиц, движущихся в магнитном поле. Укажите на каких. Ответ обоснуйте.
Задание 2. Рассмотрите фотографию треков α-частиц, двигавшихся в камере Вильсона (рис. 188), и ответьте на данные ниже вопросы.
а) В каком направлении двигались α-частицы?
б) Длина треков α-частиц примерно одинакова. О чем это говорит?
в) Как менялась толщина трека по мере движения частиц? Что из этого следует?
Задание 3. На рисунке 189 дана фотография треков α-частиц в камере Вильсона, находившейся в магнитном поле. Определите по этой фотографии:
а) Почему менялись радиус кривизны и толщина треков по мере движения α-частиц?
б) В какую сторону двигались частицы?
Задание 4. На рисунке 190 дана фотография трека электрона в пузырьковой камере, находившейся в магнитном поле. Определите по этой фотографии:
а) Почему трек имеет форму спирали?
б) В каком направлении двигался электрон?
в) Что могло послужить причиной того, что трек электрона на рисунке 190 гораздо длиннее треков α-частиц на рисунке 189?
Пример выполнения работы.
Задание 1. Треки частиц, движущихся в магнитном поле, изображены на рис. 157, 158 учебника, т.к. на этих фотографиях их траектории криволинейны.
Задание 2. а) α-частицы двигались слева направо, б) Одинаковая длина треков α-частиц говорит о том, что они имели одинаковую энергию. в) Толщина трека увеличивается за счет того, что уменьшалась скорость из-за столкновений с частицами среды.
Задание 3. а) Радиус кривизны менялся за счет того, что уменьшалась скорость из-за столкновений с молекулами воды, б) Частицы двигались справа налево из-за того, что толщина треков справа налево увеличивается.
Задание 4. а) Электрон постоянно терял свою скорость за счет соударений с частицами среды, и поэтому трек имеет форму спирали, б) Электрон двигался в направлении сгущения спирали по указанной выше причине, в) Трек на рис. 158 длиннее, потому что он в меньшей степени взаимодействует со средой.
Источник: http://5terka.com/node/12190
Камера Вильсона принцип работы. КРАТКО
Ответ оставил Гость
Изобретена шотландским физиком Чарлзом Вильсоном между 1910 и 1912 гг. Принцип действия камеры использует явление конденсации перенасыщенного пара: при появлении в среде пара каких-либо центров конденсации (в частности, ионов, сопровождающих след быстрой заряженной частицы) на них образуются мелкие капли жидкости. Эти капли достигают значительных размеров и могут быть сфотографированы. Источник исследуемых частиц может располагаться либо внутри камеры, либо вне ее (в этом случае частицы залетают через прозрачное для них окно) . Для исследования количественных характеристик частиц (например, массы и скорости) камеру помещают в магнитное поле, искривляющее треки.
Камера Вильсона. Емкость со стеклянной крышкой и поршнем в нижней части заполнена насыщенными парами воды, спирта или эфира. Когда поршень опускается, то за счет адиабатического расширения пары охлаждаются и становятся пересыщенными. Заряженная частица, проходя сквозь камеру, оставляет на своем пути цепочку ионов. Пар конденсируется на ионах, делая видимым след частицы.
Камера Вильсона сыграла огромную роль в изучении строения вещества. На протяжении нескольких десятилетий она оставалась практически единственным инструментом для визуального исследования ядерных излучений. В 1927 году Вильсон получил за свое изобретение Нобелевскую премию по физике. Впоследствии камера Вильсона в качестве основного средства исследования радиации уступила место пузырьковым и искровым камерам.
Источник: http://napyaterku.com/fizika/pid839173.html
ВИ́ЛЬСОНА КА́МЕРА
В книжной версии
Том 5. Москва, 2006, стр. 329
Скопировать библиографическую ссылку:
ВИ́ЛЬСОНА КА́МЕРА, трековый детектор частиц. Создана Ч. Т. Р. Вильсоном в 1912. В В. к. следы (треки) заряженных частиц становятся видимыми благодаря конденсации пересыщенного пара на ионах, образованных движущейся заряженной частицей в газе. Возникшие на ионах капли жидкости вырастают до больших размеров, и при достаточно сильном освещении их можно сфотографировать. Пересыщение достигается быстрым (почти адиабатическим) расширением смеси газа и пара и определяется отношением давления $p_1$ пара к давлению $p_2$ насыщенных паров при темп-ре, устанавливающейся после расширения. Величина пересыщения, необходимая для образования капель на ионах, зависит от природы пара и знака заряда иона. Так, водяной пар конденсируется преим. на отрицательных ионах, пары этилового спирта – на положительных. В В. к. чаще используют смесь воды и спирта, в этом случае требуемое пересыщение $p_1/p_2 ≈ 1,62$ , что является минимальным из всех возможных значений.
Источник: http://bigenc.ru/physics/text/1914368
- К чему снится фотографироваться во сне? - фотографировать во сне
- Ответ на вопрос: можно ли фотографировать в магазине - можно ли фотографировать в магазине
- Можно ли фотографировать на кладбище - можно ли фотографировать могилы родственников на кладбище
- Как самостоятельно сфотографировать себя | - как себя сфотографировать
- Почему нельзя фотографировать спящих людей - почему нельзя фотографировать спящих людей краткий ответ
- Как сфотографировать себя? – Обзор новинок фототехники, видеотехники - как сфотографировать себя
- Как стать настоящим фотографом - как научиться профессионально фотографировать
- Как фотографировать смартфоном - как правильно фотографировать на телефон себя
- Как фотографировать луну | Soohar - Уроки по Фотошопу 3D графике и фотографии - как фотографировать луну
- 11 простых советов как сфотографировать еду аппетитно | - как правильно фотографировать еду
Добавить комментарий