Принцип действия пузырьковой камеры
В начале пятидесятых годов прошлого столетия Дональд Глейзер придумал прибор, регистрирующий элементарные частицы. Он получил название пузырьковой камеры. Основная часть модели камеры — стеклянная колба с эфиром объемом несколько кубических сантиметров. Жидкость нагревается и находится под давлением около 20 атм. Специальное устройство позволяет быстро сбрасывать давление. Если во время «ожидания» пролетала заряженная частица, то вдоль следа появлялись пузырьки пара. Сфотографировав след, можно было снова повысить давление, пузырьки исчезали — и прибор снова в работе.
Почему пузырьки появлялись именно на пути частицы?
Возьмем две пробирки, одну из них тщательно вымоем, проследим, чтобы на стенках не было царапин или посторонних частиц, и наполним ее дистиллированной водой (приблизительно 10 см3). Во вторую пробирку нальем такое же количество водопроводной воды и еще бросим кусочек мела. Будем подогревать пробирки в одинаковых условиях и при отсутствии прямого соприкосновения с огнем.
В пробирке с водопроводной водой кипение начнется раньше, и процесс этот будет проходить достаточно спокойно и непрерывно, пузырьки пара образуются в основном на кусочке мела. В пробирке с дистиллированной водой процесс кипения начнется позже (при большей температуре) и будет происходить неравномерно. В лаборатории удается очистить сосуд и воду так хорошо, что кипение не наступает вплоть до температуры 140°С. Если в такую воду, названную перегретой, бросить крупинку, произойдет взрыв — так быстро образуются пузырьки с паром. Для того чтобы процесс кипения происходил равномерно, в сосуд помещают так называемые «кипелки» — обломки стеклянных и фарфоровых трубок, кусочки мрамора и т. п.
Описание описанных свойств жидкости связано с силами поверхностного натяжения, которые стремятся раздавить образовавшийся пузырек. Дополнительное давление тем больше, чем меньше радиус пузырька. Так что процесс кипения подавляется в самом зародыше. Именно потому однородную жидкость удается перегревать.
Вопросы и задания
1. С какой целью проводился эксперимент, описанный в тексте?
2. Почему в пробирке с водопроводной водой пузырьки образуются в основном на кусочке мела? Что является «кипелкой» для процесса кипения воды в обычном чайнике?
3. Объясните, как вы понимаете смысл понятия «перегретая жидкость».
4. Почему важнейшим условием работы камеры Глейзера является однородность жидкости и чистота ампулы?
Качественная задача
Приложение к билету № 25
Текст по разделу «Квантовая механика и элементы астрофизики», содержащий описание использования законов квантовой, атомной или ядерной физики в технике. Задания на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства
Голография
Голография — это особый фотографический метод, когда с помощью лазера регистрируются, а затем восстанавливаются изображения трехмерных объектов, в высокой степени похожие на реальные. Такая запись называется голограммой.
Открытие и обоснование англичанином Д.Габором в 1948 г. принципов голографии положило начало развитию совершенно нового и очень перспективного научного направления с широчайшим спектром его применения.
Голограмма представляет собой интерференционную картину, возникающую на фотопленке при сложении двух когерентных пучков света. Один из них отражается от зеркала, другой — от предмета. Оба эти потока образуют на фотопластинке интерференционную картину, представляющую собой чередование светлых и темных пятен. Голографическое изображение предмета абсолютно не соответствует его внешнему виду. Основным условием получения высококачественных голограмм является когерентность опорного и предметного пучков, что достигается применением лазера. Для восстановления голограммы ее освещают таким же когерентным освещением. При освещении голограмма формирует изображение, которое представляет собой точную копию исходного трехмерного объекта.
Интересно, что если разбить пластинку, на каждом кусочке пластинки сохранится полное (хотя и более слабое) изображение этого предмета, ведь практически на каждую точку поверхности фотопластинки падает излучение, отраженное от всех точек предмета.
Запись пропускающей голограммы
| 1 -лазер 2 - полупрозрачное зеркало 3 - зеркало 4 - расширяющие линзы 5 - опорный пучок 6 - предметный пучок 7 - объект 8 – фотопластинка |
Вопросы и задания
1. Почему для получения голограмм используется лазер?
2. Там, где интерферирующие волны совпадают по фазе, образуются прозрачные или темные участки голограммы?
3. Попробуйте объяснить? почему качество изображения, полученное от куска голограммы, будет хуже, чем от всей голограммы.
4. Сколько голографических снимков достаточно сделать, чтобы получить объемное изображение предмета полностью?
Качественная задача
Какое количество энергии требуется для обращения воды массой 100 г в пар при температуре 1000С?
Приложение к билету № 26
Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления при помощи физических знаний