141
4.16. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16.
ИЗУЧЕНИЕ ТРЕКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
(ПО ГОТОВЫМ ФОТОГРАФИЯМ)
Общие сведения
При помощи камеры Вильсона наблюдают и фотографируют треки
(следы) движущихся заряженных частиц. Трек частицы представляет собой
цепочку из микроскопических капелек воды или спирта, образовавшихся
вследствие конденсации пересыщенных паров этих жидкостей на ионах.
Ионы же образуются в результате взаимодействия заряженной частицы с
атомами и молекулами паров и газов, находящихся в камере.
Пусть частица с зарядом
Ze
1 дви-
жется со скоростью ν на расстоянии ρ
от электрона атома (рис. 83). Вследст-
вие кулоновского взаимодействия с
этой частицей электрон получает не-
который импульс Δ
р
=
F
Δ
t
в направ-
лении, перпендикулярном к линии
движения частицы. Взаимодействие
частицы и электрона наиболее эффективно во время прохождения ее по от-
резку траектории, ближайшему к электрону и сравнимому с расстоянием ρ,
например, равному 2ρ. Тогда в формуле Δ
р
=
F
Δ
t,
Δ
t
- то время, за которое
частица проходит отрезок траектории 2ρ, т.е. Δ
t
=2ρ/ν, a
F
- средняя сила
взаимодействия частицы и электрона за это время.
Сила
F
по закону Кулона прямо пропорциональна зарядам частицы (
Ze
)
и электрона (
е
) и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ни-
ми. Следовательно, сила взаимодействия частицы с электроном примерно
равна:
2
0
( )
4
Ze e
⋅
⋅ π ⋅ ε ⋅ρ
(примерно, так как в наших расчетах не учитывалось влия-
ние ядра атома, других электронов и атомов среды)
2
0
0
( ) 2
( )
.
4
2
Ze e
Ze e
p
⋅ ⋅ ⋅ρ
⋅
∆ =
=
⋅ π ⋅ ε ⋅ρ ⋅ ν ⋅ π ⋅ ε ⋅ρ ⋅ ν
Итак, импульс, полученный электроном, находится в прямой зависимо-
сти от заряда проходящей около него частицы и в обратной зависимости от
ее скорости.
Так как заряд любого ядра кратен заряду электрона, то его принято обо-
значать
Ze
, где
Z
- порядковый номер элемента, а
е
- заряд электрона.
При некоторой достаточно большой величине импульса электрон отрывает-
ся от атома и последний превращается в ион. На каждой единице пути частицы
образуется тем больше ионов (а следовательно, и капелек жидкости), чем больше
заряд частицы и чем меньше ее скорость. Отсюда следуют выводы, которые не-
обходимо знать, чтобы уметь «прочесть» фотографии треков частиц.
Рис. 83
