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科学|自己动手，在家做一回粒子物理实验( 二 )

科技 科学 科普 容器 异丙醇


【科学|自己动手，在家做一回粒子物理实验】今天 ， 我们介绍一个家庭版云室探测器的制作方法 ， 利用蒸发的酒精制造出一种“云” ， 以实现对粒子的观测 。
云室的工作原理
首先 ， 我们先来了解一下云室具体的工作原理 。
当带电粒子在空气中运动时 ， 它会与大气分子发生碰撞 ， 而使空气分子发生电离 。 气体分子被电离后会吸引极性分子（水和酒精都是极性分子） 。 这时 ， 如果周围是极性分子的过饱和蒸气 ， 极性分子就可以以电离后的气体分子为凝结核而液化 。 这样极性分子不断聚集 ， 会形成肉眼可观察到的云雾状微小液滴 。 所以 ， 如果我们看到了“云雾”的痕迹 ， 就说明看到了粒子的运动轨迹 。
为了能在实验中观察到上述的现象 ， 我们需要在一个密闭容器里充满极性分子的过饱和蒸汽来制造“云” ， 以此建造我们的“云室” 。 过饱和蒸气是指在一定温度下超过饱和蒸气应有的密度而仍不液化或凝华的蒸气 ， 它的特点是不稳定 ， 如果出现凝结核就会液化或凝华 。 形象地说 ， 就像在凉爽的秋天早晨草叶上的露珠 ， 容器中过饱和蒸汽会在它可以粘住的任何物体上形成云状液滴 。
云室可以由不同类型的过饱和蒸气来实现 ， 我们这里用酒精或者异丙醇 。 在一个密闭的容器内 ， 使容器顶部温热并且底部冷 。 温暖的顶部将酒精/异丙醇汽化 ， 汽化后的蒸气在底部液化 ， 这样在容器的底部就易形成过饱和蒸气 。 当粒子带电粒子通过蒸气时 ， 会使空气分子电离 。 蒸气中的酒精/异丙醇是极性分子 ， 它们会被吸引到电离粒子的周围 。 然后凝结成云雾状滴落到容器底部 。 云室内形成的轨迹 ， 可能看起来就像飞机的轨迹一样——细长的线条标志着粒子粒子穿过云室的路径 。
建造云室需要如下的材料和几个简单的步骤：
需要的材料：
密闭的容器：透明的塑料或玻璃容器（如鱼缸） 。 容器必须保持密闭才能保证酒精处于过饱和蒸汽状态；异丙醇或酒精（浓度90% 或更高） 。 处理时带上护目镜 ， 请避免儿童触碰；毛毡 ， 也可用海绵或一次性纸巾等能吸水的材料 。 酒精和异丙醇易受热挥发 ， 为了让密闭容器内充满足够的过饱和蒸汽 ， 需要毛毡吸收足够量的酒精或异丙醇 。 固定装置 。 要将毛毡固定在密闭容器内 ， 根据你的实际容器选用 。 因为容器内是异丙醇或酒精蒸汽 ， 会使胶水溶解失效 。 可以用口香糖或者黏土干冰（固态二氧化碳 ， 网购可买到） 。 这是为了让容器底部保持低温状态 ， 处理干冰时请戴上厚手套；（注：如果你想尝试不用干冰的方法 ， 见参考资料[5]）一个盛放干冰用的扁平的容器和盖子 。 但注意不要太深而挡住视线 。 足以覆盖容器盖子大小的黑色的金属板或黑纸 。 黑色可以吸收光线消除反射 ， 有利于观察粒子产生的轨迹 。 金属板有更好的导热效果使密闭容器下端保持低温 。 照明设备实验步骤：

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