વિડિઓ ટ્યુટોરીયલ 2: ડિસ્પર્સિંગ લેન્સ - પ્રયોગો અને પ્રયોગોમાં ભૌતિકશાસ્ત્ર

વ્યાખ્યાન: કન્વર્જિંગ અને ડાઇવર્જિંગ લેન્સ. પાતળા લેન્સ. પાતળા લેન્સની ફોકલ લંબાઈ અને ઓપ્ટિકલ પાવર

લેન્સ. લેન્સના પ્રકાર

જેમ તમે જાણો છો, તમામ ભૌતિક ઘટનાઓ અને પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ ટેકનોલોજી અને અન્ય સાધનોની ડિઝાઇનમાં થાય છે. પ્રકાશનું રીફ્રેક્શન કોઈ અપવાદ નથી. આ ઘટનાકેમેરા, બાયનોક્યુલરના ઉત્પાદનમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે અને માનવ આંખ પણ એક પ્રકારની છે ઓપ્ટિકલ ઉપકરણ, કિરણોનો કોર્સ બદલવા માટે સક્ષમ. આ માટે લેન્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

લેન્સ- આ પારદર્શક શરીર, જે ગોળાઓ દ્વારા બંને બાજુઓ પર બંધાયેલ છે.

IN શાળા અભ્યાસક્રમભૌતિકશાસ્ત્રીઓ કાચના બનેલા લેન્સને માને છે. જો કે, અન્ય સામગ્રીનો પણ ઉપયોગ કરી શકાય છે.

ત્યાં ઘણા મુખ્ય પ્રકારનાં લેન્સ છે જે ચોક્કસ કાર્યો કરે છે.

બાયકોન્વેક્સ લેન્સ

જો લેન્સ બે બહિર્મુખ ગોળાર્ધમાંથી બનેલા હોય, તો તેને બાયકોન્વેક્સ કહેવામાં આવે છે. ચાલો જોઈએ કે આવા લેન્સમાંથી પસાર થતી વખતે કિરણો કેવી રીતે વર્તે છે.

તસ્વીરમાં A 0 ડી- આ મુખ્ય ઓપ્ટિકલ અક્ષ છે. આ તે કિરણ છે જે લેન્સના કેન્દ્રમાંથી પસાર થાય છે. લેન્સ આ અક્ષની તુલનામાં સપ્રમાણ છે. અન્ય તમામ કિરણો કે જે કેન્દ્રમાંથી પસાર થાય છે તેને ગૌણ અક્ષ કહેવામાં આવે છે તે સંબંધિત સમપ્રમાણતા જોવા મળતી નથી.

એક ઘટના રે ધ્યાનમાં લો એબી, જે અન્ય માધ્યમમાં સંક્રમણને કારણે રીફ્રેક્ટેડ છે. રીફ્રેક્ટેડ કિરણ ગોળાની બીજી દીવાલને સ્પર્શે તે પછી, જ્યાં સુધી તે મુખ્ય ઓપ્ટિકલ અક્ષને છેદે નહીં ત્યાં સુધી તે ફરીથી રીફ્રેક્ટેડ થાય છે.

આના પરથી આપણે નિષ્કર્ષ પર આવી શકીએ કે જો કોઈ ચોક્કસ કિરણ મુખ્ય ઓપ્ટિકલ અક્ષની સમાંતર હોય, તો લેન્સમાંથી પસાર થયા પછી તે મુખ્ય ઓપ્ટિકલ ધરીને છેદે છે.

બધા કિરણો જે ધરીની નજીક સ્થિત છે તે એક બિંદુ પર છેદે છે, એક બીમ બનાવે છે. તે કિરણો જે ધરીથી દૂર હોય છે તે લેન્સની નજીકની જગ્યાએ છેદે છે.

ઘટના કે જેમાં કિરણો એક બિંદુએ ભેગા થાય છે તેને કહેવામાં આવે છે ધ્યાન કેન્દ્રિત, અને ફોકસ પોઈન્ટ છે ફોકસ.

ફોકસ ( ફોકલ લંબાઈ) અક્ષર દ્વારા આકૃતિમાં દર્શાવેલ છે એફ.

એક લેન્સ કે જેમાં કિરણો તેની પાછળ એક બિંદુએ એકત્રિત કરવામાં આવે છે તેને કન્વર્જિંગ લેન્સ કહેવામાં આવે છે. એટલે કે બાયકોન્વેક્સલેન્સ છે એકત્ર.

કોઈપણ લેન્સમાં બે ફોકસ હોય છે - તે લેન્સની આગળ અને તેની પાછળ હોય છે.

બાયકોનકેવ લેન્સ

બે અંતર્મુખ ગોળાર્ધમાંથી બનેલા લેન્સને કહેવામાં આવે છે બાયકોનકેવ.

આકૃતિમાંથી જોઈ શકાય છે તેમ, આવા લેન્સને અથડાતા કિરણો પ્રત્યાવર્તન થાય છે, અને બહાર નીકળતી વખતે તેઓ અક્ષને છેદતા નથી, પરંતુ, તેનાથી વિપરીત, તેનાથી દૂર રહે છે.

આમાંથી આપણે નિષ્કર્ષ પર આવી શકીએ છીએ કે આવા લેન્સ વેરવિખેર થાય છે, અને તેથી તેને કહેવામાં આવે છે વિખેરી નાખનાર.

જો છૂટાછવાયા કિરણોને લેન્સની સામે ચાલુ રાખવામાં આવે, તો તેઓ એક બિંદુએ ભેગા થાય છે, જેને કહેવાય છે. કાલ્પનિક ધ્યાન.

કન્વર્જિંગ અને ડાયવર્જિંગ લેન્સ અન્ય સ્વરૂપો પણ લઈ શકે છે, જેમ કે આકૃતિઓમાં બતાવ્યા પ્રમાણે.

1 - બાયકોન્વેક્સ;

2 - પ્લાનો-બહિર્મુખ;

3 - અંતર્મુખ-બહિર્મુખ;

4 - બાયકોનકેવ;

5 - સપાટ-અંતર્મુખ;

6 - બહિર્મુખ-અંતર્મુખ.

લેન્સની જાડાઈના આધારે, તે કિરણોને વધુ મજબૂત અથવા નબળા રીફ્રેક્ટ કરી શકે છે. લેન્સ કેટલી મજબૂત રીતે રિફ્રેક્ટ કરે છે તે નિર્ધારિત કરવા માટે, એક જથ્થો કહેવાય છે ઓપ્ટિકલ પાવર.

ડી એ લેન્સ (અથવા લેન્સ સિસ્ટમ) ની ઓપ્ટિકલ પાવર છે;

F એ લેન્સ (અથવા લેન્સ સિસ્ટમ) ની કેન્દ્રીય લંબાઈ છે.

[D] = 1 ડાયોપ્ટર. લેન્સ પાવરનું એકમ ડાયોપ્ટર (m -1) છે.

પાતળા લેન્સ

લેન્સનો અભ્યાસ કરતી વખતે, અમે પાતળા લેન્સના ખ્યાલનો ઉપયોગ કરીશું.

તેથી, ચાલો એક ડ્રોઇંગ જોઈએ જે પાતળા લેન્સ બતાવે છે. તેથી, પાતળા લેન્સ એ છે જેની જાડાઈ એકદમ નાની હોય છે. જો કે, માટે ભૌતિક કાયદાઅનિશ્ચિતતા અસ્વીકાર્ય છે, તેથી "પર્યાપ્ત" શબ્દનો ઉપયોગ કરવો જોખમી છે. એવું માનવામાં આવે છે કે જ્યારે જાડાઈ બે ગોળાકાર સપાટીની ત્રિજ્યા કરતા ઓછી હોય ત્યારે લેન્સને પાતળા કહી શકાય.

પરમાણુ કિરણોત્સર્ગને શોધવા માટે વપરાતા સાધનોને પરમાણુ રેડિયેશન ડિટેક્ટર કહેવામાં આવે છે. સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા ડિટેક્ટર છે જે તેઓ ઉત્પન્ન કરેલા પદાર્થના અણુઓના આયનીકરણ અને ઉત્તેજના દ્વારા પરમાણુ કિરણોત્સર્ગને શોધી કાઢે છે. ગેસ-ડિસ્ચાર્જ કાઉન્ટરની શોધ જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી જી. ગીગર દ્વારા કરવામાં આવી હતી, ત્યારબાદ ડબલ્યુ. મુલર સાથે મળીને તેમાં સુધારો કરવામાં આવ્યો હતો. તેથી, ગેસ-ડિસ્ચાર્જ કાઉન્ટર્સને ઘણીવાર ગીગર-મુલર કાઉન્ટર્સ કહેવામાં આવે છે. એક નળાકાર ટ્યુબ મીટરના મુખ્ય ભાગ તરીકે કામ કરે છે; થ્રેડ અને ટ્યુબ બોડીને ઇન્સ્યુલેટર દ્વારા અલગ કરવામાં આવે છે. મીટરનું કાર્યકારી પ્રમાણ વાયુઓના મિશ્રણથી ભરેલું છે, ઉદાહરણ તરીકે વરાળના મિશ્રણ સાથે આર્ગોન મિથાઈલ આલ્કોહોલ, લગભગ 0.1 એટીએમના દબાણ પર.

આયનાઇઝિંગ કણોની નોંધણી કરવા માટે, કાઉન્ટર બોડી અને ફિલામેન્ટ વચ્ચે ઉચ્ચ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે. સતત વોલ્ટેજ, થ્રેડ એ એનોડ છે. કાઉન્ટરના કાર્યકારી જથ્થામાંથી ઉડતો ઝડપી ચાર્જ થયેલ કણ

તેના માર્ગ સાથે ફિલિંગ ગેસના અણુઓનું આયનીકરણ ઉત્પન્ન કરે છે. ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ મફત ઇલેક્ટ્રોનએનોડ તરફ આગળ વધો, હકારાત્મક આયનોકેથોડ તરફ આગળ વધો. કાઉન્ટરના NNH એનોડની નજીક ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ એટલી ઊંચી છે કે જ્યારે તટસ્થ અણુઓ સાથેની બે અથડામણ વચ્ચેના માર્ગ પર મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન તેની નજીક આવે છે, ત્યારે તેમના આયનીકરણ માટે પૂરતી ઊર્જા મેળવે છે. મીટરમાં કોરોના ડિસ્ચાર્જ થાય છે, જે થોડા સમય પછી બંધ થઈ જાય છે.

કાઉન્ટર સાથે શ્રેણીમાં જોડાયેલા રેઝિસ્ટરમાંથી રેકોર્ડિંગ ઉપકરણના ઇનપુટને વોલ્ટેજ પલ્સ આપવામાં આવે છે. યોજનાકીય રેખાકૃતિપરમાણુ કિરણોત્સર્ગની નોંધણી કરવા માટે ગેસ-ડિસ્ચાર્જ કાઉન્ટર ચાલુ કરવાનું આકૃતિ 314 માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે. ઇલેક્ટ્રોનિક કાઉન્ટિંગ ડિવાઇસના રીડિંગ્સના આધારે, કાઉન્ટર દ્વારા નોંધાયેલા ઝડપી ચાર્જ થયેલા કણોની સંખ્યા નક્કી કરવામાં આવે છે.

સિન્ટિલેશન કાઉન્ટર્સ.

આલ્ફા કણોને રેકોર્ડ કરવા માટે રચાયેલ સૌથી સરળ ઉપકરણ, સ્પિંથારીસ્કોપની ડિઝાઇન આકૃતિ 302 માં બતાવવામાં આવી છે. સ્પિંથારીસ્કોપના મુખ્ય ભાગો સ્ક્રીન 3 છે, જે ઝીંક સલ્ફાઇડના સ્તર સાથે કોટેડ છે અને ટૂંકા-ફોકસ મેગ્નિફાઇંગ ગ્લાસ 4 છે. આલ્ફા કિરણોત્સર્ગી દવાસળિયા 1 ના અંતે સ્ક્રીનની મધ્યમાં લગભગ વિરુદ્ધ મૂકવામાં આવે છે. જ્યારે આલ્ફા કણ ઝીંક સલ્ફાઇડ સ્ફટિકો સાથે અથડાવે છે, ત્યારે પ્રકાશનો ઝબકારો થાય છે, જે બૃહદદર્શક કાચ દ્વારા જોવામાં આવે ત્યારે શોધી શકાય છે.

રૂપાંતર પ્રક્રિયા ગતિ ઊર્જાલાઇટ ફ્લૅશની ઊર્જામાં ઝડપી ચાર્જ થયેલા કણને સિન્ટિલેશન કહેવામાં આવે છે. સિન્ટિલેશન એ લ્યુમિનેસેન્સની ઘટનાનો એક પ્રકાર છે. આધુનિક સિન્ટિલેશન કાઉન્ટર્સમાં, ફોટોસેલ્સનો ઉપયોગ કરીને પ્રકાશની ચમક રેકોર્ડ કરવામાં આવે છે, જે સ્ફટિકમાં પ્રકાશ ફ્લેશની ઊર્જાને પલ્સ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. વિદ્યુત પ્રવાહ. ફોટોસેલ આઉટપુટ પર વર્તમાન કઠોળને વિસ્તૃત કરવામાં આવે છે અને પછી રેકોર્ડ કરવામાં આવે છે.

વિલ્સન ચેમ્બર.

પ્રાયોગિક પરમાણુ ભૌતિકશાસ્ત્રના સૌથી નોંધપાત્ર સાધનોમાંનું એક ક્લાઉડ ચેમ્બર છે. દેખાવવિલ્સનની શાળા નિદર્શન ચેમ્બર આકૃતિ 315 માં બતાવેલ છે. નળાકારમાં

સપાટ કાચના ઢાંકણવાળા કન્ટેનરમાં સંતૃપ્ત આલ્કોહોલ વરાળ ધરાવતી હવા હોય છે. ચેમ્બરનું કાર્યકારી વોલ્યુમ ટ્યુબ દ્વારા રબરના બલ્બ સાથે જોડાયેલું છે. ચેમ્બરની અંદર, એક કિરણોત્સર્ગી દવા પાતળા સળિયા પર માઉન્ટ થયેલ છે. કૅમેરાને સક્રિય કરવા માટે, બલ્બને સૌપ્રથમ નરમાશથી સ્ક્વિઝ કરવામાં આવે છે, પછી તીવ્રપણે છોડવામાં આવે છે. ઝડપી એડિબેટિક વિસ્તરણ સાથે, ચેમ્બરમાં હવા અને વરાળ ઠંડુ થાય છે, અને વરાળ અતિસંતૃપ્તિની સ્થિતિમાં પ્રવેશ કરે છે. જો આ ક્ષણે આલ્ફા કણ તૈયારી છોડી દે છે, તો ગેસમાં તેની હિલચાલના માર્ગ સાથે આયનોનો સ્તંભ રચાય છે. સુપરસેચ્યુરેટેડ વરાળ પ્રવાહી ટીપાઓમાં ઘનીકરણ કરે છે, અને ટીપાંની રચના મુખ્યત્વે આયનો પર થાય છે, જે વરાળ ઘનીકરણના કેન્દ્રો તરીકે સેવા આપે છે. કણના માર્ગ સાથે આયનો પર ઘનીકરણ કરાયેલ ટીપાંના સ્તંભને કણ ટ્રેક કહેવામાં આવે છે.

ચોક્કસ માપન કરવા માટે શારીરિક લાક્ષણિકતાઓકણોને શોધવા માટે, ક્લાઉડ ચેમ્બર સતત ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકવામાં આવે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફરતા કણોના પાટા વળાંકવાળા હોય છે. ટ્રેકની વક્રતાની ત્રિજ્યા કણની ગતિ, તેના સમૂહ અને ચાર્જ પર આધારિત છે. જાણીતા ઇન્ડક્શન સાથે ચુંબકીય ક્ષેત્રઆ કણોની લાક્ષણિકતાઓ કણ ટ્રેકની વક્રતાના માપેલા ત્રિજ્યા પરથી નક્કી કરી શકાય છે.

ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં આલ્ફા પાર્ટિકલ ટ્રેકના પ્રથમ ફોટોગ્રાફ્સ સોવિયેત ભૌતિકશાસ્ત્રી પી.એલ. કપિત્સાએ 1923માં મેળવ્યા હતા.

બીટા અને ગામા રેડિયેશન અને સંશોધનના સ્પેક્ટ્રાનો અભ્યાસ કરવા માટે સતત ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ક્લાઉડ ચેમ્બરનો ઉપયોગ કરવાની પદ્ધતિ પ્રાથમિક કણોતે સૌપ્રથમ સોવિયેત ભૌતિકશાસ્ત્રી એકેડેમિશિયન દિમિત્રી વ્લાદિમીરોવિચ સ્કોબેલ્ટ્સિન દ્વારા વિકસાવવામાં આવ્યું હતું.

બબલ ચેમ્બર.

બબલ ચેમ્બરની કામગીરીનો સિદ્ધાંત નીચે મુજબ છે. ચેમ્બરમાં ઉકળતા બિંદુની નજીકના તાપમાને પ્રવાહી હોય છે. ઝડપી ચાર્જ થયેલા કણો ચેમ્બરની દિવાલની પાતળી બારી દ્વારા તેના કાર્યકારી જથ્થામાં પ્રવેશ કરે છે અને તેમના માર્ગ પર પ્રવાહી અણુઓને આયનીકરણ અને ઉત્તેજિત કરે છે. આ ક્ષણે જ્યારે કણો ચેમ્બરના કાર્યકારી જથ્થામાં પ્રવેશ કરે છે, ત્યારે તેની અંદરનું દબાણ ઝડપથી ઓછું થાય છે અને પ્રવાહી અતિશય ગરમ સ્થિતિમાં પસાર થાય છે. કણના માર્ગમાં દેખાતા આયનોમાં ગતિ ઊર્જાનો અતિરેક હોય છે. આ ઊર્જા દરેક આયનની નજીકના માઇક્રોસ્કોપિક વોલ્યુમમાં પ્રવાહીના તાપમાનમાં વધારો, તેના ઉકળતા અને વરાળના પરપોટાના નિર્માણ તરફ દોરી જાય છે. પ્રવાહી દ્વારા ઝડપી ચાર્જ થયેલા કણના માર્ગ સાથે ઉદભવતા વરાળના પરપોટાની સાંકળ આ કણનું પગેરું બનાવે છે.

બબલ ચેમ્બરમાં, કોઈપણ પ્રવાહીની ઘનતા ક્લાઉડ ચેમ્બરમાં ગેસની ઘનતા કરતા નોંધપાત્ર રીતે વધારે હોય છે, તેથી તેનો ઉપયોગ ઝડપી ચાર્જ થયેલા કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો વધુ અસરકારક રીતે અભ્યાસ કરવા માટે થઈ શકે છે. અણુ ન્યુક્લી. બબલ ચેમ્બર ભરવા માટે, પ્રવાહી હાઇડ્રોજન, પ્રોપેન, ઝેનોન અને કેટલાક અન્ય પ્રવાહીનો ઉપયોગ થાય છે.

ફોટોઇમ્યુલેશન પદ્ધતિ.

ફોટોગ્રાફિક પદ્ધતિ ઐતિહાસિક રીતે પરમાણુ કિરણોત્સર્ગને રેકોર્ડ કરવા માટેની પ્રથમ પ્રાયોગિક પદ્ધતિ છે, કારણ કે આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને બેકરેલ દ્વારા કિરણોત્સર્ગીતાની ઘટનાની શોધ કરવામાં આવી હતી.

ફોટોગ્રાફિક ઇમ્યુશનમાં સુપ્ત છબી બનાવવા માટે ઝડપી ચાર્જ થયેલા કણોની ક્ષમતાનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે પરમાણુ ભૌતિકશાસ્ત્રઅને હાલમાં. ન્યુક્લિયર ફોટોઇમ્યુલેશનનો ખાસ કરીને કણ ભૌતિકશાસ્ત્રના ક્ષેત્રમાં સંશોધનમાં સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ થાય છે અને કોસ્મિક કિરણો. એક ઝડપી ચાર્જ થયેલ કણ, જ્યારે ફોટોગ્રાફિક ઇમ્યુશનના સ્તરમાં ફરે છે, ત્યારે ચળવળના માર્ગ સાથે સુપ્ત છબીના કેન્દ્રો બનાવે છે. વિકાસ પછી, પ્રાથમિક કણોના નિશાન અને પરિણામે પ્રવાહી મિશ્રણમાં ઉદ્ભવતા તમામ ચાર્જ કણોની છબી દેખાય છે. પરમાણુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓપ્રાથમિક કણ.

દ્રવ્યમાંથી પસાર થતી વખતે તેઓ જે નિશાન છોડે છે તેના કારણે પ્રાથમિક કણોનું અવલોકન કરી શકાય છે. નિશાનોની પ્રકૃતિ અમને કણના ચાર્જ, તેની ઊર્જા અને વેગના સંકેતનું મૂલ્યાંકન કરવાની મંજૂરી આપે છે. ચાર્જ થયેલા કણો તેમના માર્ગમાં પરમાણુઓના આયનીકરણનું કારણ બને છે. તટસ્થ કણો તેમના માર્ગ પર નિશાન છોડતા નથી, પરંતુ તેઓ ચાર્જ કરેલા કણોમાં સડોની ક્ષણે અથવા કોઈપણ ન્યુક્લિયસ સાથે અથડામણની ક્ષણે પોતાને પ્રગટ કરી શકે છે. તેથી, જનરેટેડ અથવા ચાર્જ થયેલા કણો દ્વારા થતા આયનીકરણ દ્વારા તટસ્થ કણો પણ શોધી કાઢવામાં આવે છે.

ગેસ-ડિસ્ચાર્જ ગીગર કાઉન્ટર. ગીગર કાઉન્ટર એ કણોને આપમેળે ગણવા માટેનું ઉપકરણ છે. કાઉન્ટરમાં મેટલ લેયર (કેથોડ) સાથે અંદર કોટેડ કાચની ટ્યુબ અને ટ્યુબ (એનોડ) ની ધરી સાથે ચાલતા પાતળા મેટલ થ્રેડનો સમાવેશ થાય છે.

ટ્યુબ સામાન્ય રીતે ભરે છે નિષ્ક્રિય ગેસ(આર્ગોન). ઉપકરણનું સંચાલન અસર આયનીકરણ પર આધારિત છે. ગેસમાંથી ઉડતો ચાર્જ્ડ કણ અણુઓ સાથે અથડાય છે, પરિણામે ધન ગેસ આયનો અને ઇલેક્ટ્રોન બને છે. કેથોડ અને એનોડ વચ્ચેનું વિદ્યુત ક્ષેત્ર ઈલેક્ટ્રોનને ઊર્જામાં વેગ આપે છે જેનાથી આયનીકરણ શરૂ થાય છે. આયનો અને ઈલેક્ટ્રોનનો હિમપ્રપાત થાય છે અને કાઉન્ટર દ્વારા પ્રવાહ તીવ્રપણે વધે છે. આ કિસ્સામાં, લોડ રેઝિસ્ટન્સ આર પર વોલ્ટેજ પલ્સ રચાય છે, જે ગણતરી ઉપકરણને પૂરી પાડવામાં આવે છે.

ગીગર કાઉન્ટરનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે ઇલેક્ટ્રોન અને ફોટોન રેકોર્ડ કરવા માટે થાય છે. ભારે કણોની નોંધણી (ઉદાહરણ તરીકે - કણો) મુશ્કેલ છે, કારણ કે આ કણો માટે પારદર્શક હોય તેવા કાઉન્ટરમાં પૂરતી પાતળી "વિન્ડો" બનાવવી મુશ્કેલ છે.

વિલ્સન ચેમ્બર. 1912 માં બનાવેલ ક્લાઉડ ચેમ્બરમાં, ચાર્જ થયેલ કણ એક નિશાન છોડે છે જે સીધી રીતે જોઈ શકાય છે અથવા ફોટોગ્રાફ કરી શકાય છે. ચેમ્બરની ક્રિયા પાણીના ટીપાં બનાવવા માટે આયનો પર સુપરસેચ્યુરેટેડ વરાળના ઘનીકરણ પર આધારિત છે. આ આયનો તેના માર્ગ સાથે ફરતા ચાર્જ કણ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે. કણ દ્વારા છોડવામાં આવેલા ટ્રેસ (ટ્રેક) ની લંબાઈ દ્વારા, વ્યક્તિ કણની ઊર્જા નક્કી કરી શકે છે, અને ટ્રેકની એકમ લંબાઈ દીઠ ટીપાંની સંખ્યા દ્વારા, વ્યક્તિ તેની ગતિનો અંદાજ લગાવી શકે છે. સાથે કણો મોટો ચાર્જવધુ જાડાઈનો ટ્રેક છોડો.

બબલ ચેમ્બર. 1952 માં અમેરિકન વૈજ્ઞાનિક ડી. ગ્લેઝરે પાર્ટિકલ ટ્રેક શોધવા માટે સુપરહીટેડ લિક્વિડનો ઉપયોગ કરવાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો હતો. ચેમ્બરમાંથી ઉડતો આયનાઇઝિંગ કણ પ્રવાહીના હિંસક ઉકળવાનું કારણ બને છે, પરિણામે કણનો ટ્રેસ વરાળના પરપોટાની સાંકળ દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે - એક ટ્રેક રચાય છે.

પ્રવાહી મિશ્રણ ચેમ્બર.સોવિયેત ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ એલ.વી. માયસોવ્સ્કી અને એ.પી. માઇક્રોપાર્ટિકલ્સ રેકોર્ડ કરવા માટે ફોટોગ્રાફિક પ્લેટનો ઉપયોગ કરનાર ઝ્ડાનોવ પ્રથમ હતો. ચાર્જ થયેલા કણોની ફોટોગ્રાફિક પ્રવાહી મિશ્રણ પર ફોટોન જેવી જ અસર હોય છે. તેથી, પ્રવાહી મિશ્રણમાં પ્લેટ વિકસાવ્યા પછી, ઉડતા કણનું દૃશ્યમાન ટ્રેસ (ટ્રેક) રચાય છે. ફોટોગ્રાફિક પ્લેટ પદ્ધતિનો ગેરલાભ એ ઇમ્યુલેશન સ્તરની નાની જાડાઈ હતી, જેના પરિણામે સ્તરના પ્લેન સાથે સમાંતર પડેલા કણોના ફક્ત ટ્રેક પ્રાપ્ત થયા હતા.

ઇમ્યુશન ચેમ્બરમાં, ફોટોગ્રાફિક ઇમ્યુશનના વ્યક્તિગત સ્તરોથી બનેલા જાડા પેક ઇરેડિયેશનના સંપર્કમાં આવે છે. આ પદ્ધતિને જાડા-સ્તરવાળી ફોટોઇમ્યુલેશન પદ્ધતિ કહેવામાં આવતી હતી.

ચાર્જ થયેલા કણોને શોધવા માટેની પદ્ધતિઓ

આઈ. સૈદ્ધાંતિક સામગ્રી સાથે પોતાને પરિચિત કરો.

પરમાણુ ઘટનાનો અભ્યાસ કરવા માટે પ્રાથમિક કણો અને કિરણોત્સર્ગને રેકોર્ડ કરવા માટેની અસંખ્ય પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવી છે. ચાલો તેમાંથી કેટલાકને જોઈએ જેનો સૌથી વધુ ઉપયોગ થાય છે.

1) ગેસ-ડિસ્ચાર્જ ગીજર કાઉન્ટર

ગીગર કાઉન્ટર એ સ્વચાલિત કણોની ગણતરી માટેના સૌથી મહત્વપૂર્ણ ઉપકરણોમાંનું એક છે. કાઉન્ટરમાં મેટલ લેયર (કેથોડ) સાથે અંદર કોટેડ કાચની ટ્યુબ અને ટ્યુબ (એનોડ) ની ધરી સાથે ચાલતા પાતળા મેટલ થ્રેડનો સમાવેશ થાય છે.

ટ્યુબ ગેસથી ભરેલી હોય છે, સામાન્ય રીતે આર્ગોન. કાઉન્ટર અસર આયનીકરણ પર આધારિત છે. ચાર્જ થયેલ કણ (ઇલેક્ટ્રોન, Υ-પાર્ટિકલ, વગેરે), ગેસમાંથી ઉડતા, અણુઓમાંથી ઇલેક્ટ્રોન દૂર કરે છે અને હકારાત્મક આયનો અને મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન બનાવે છે. એનોડ અને કેથોડ વચ્ચેનું ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર (તેમને પૂરું પાડવામાં આવે છે ઉચ્ચ વોલ્ટેજ) ઇલેક્ટ્રોનને ઊર્જામાં વેગ આપે છે જેના પર અસર આયનીકરણ શરૂ થાય છે. આયનોનો હિમપ્રપાત થાય છે, અને કાઉન્ટર દ્વારા પ્રવાહ ઝડપથી વધે છે. આ કિસ્સામાં, લોડ રેઝિસ્ટર આરમાં વોલ્ટેજ પલ્સ જનરેટ થાય છે, જે રેકોર્ડિંગ ઉપકરણને આપવામાં આવે છે. કાઉન્ટર તેને અથડાતા આગલા કણની નોંધણી કરવા માટે, હિમપ્રપાત વિસર્જનને ઓલવી નાખવું આવશ્યક છે. આ આપોઆપ થાય છે.

ચોખા. 1

ગેઇજર કાઉન્ટરનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે ઇલેક્ટ્રોન અને વાય-ક્વોન્ટા (ઉચ્ચ-ઉર્જા ફોટોન) રેકોર્ડ કરવા માટે થાય છે, જો કે, વાય-ક્વોન્ટા તેમની ઓછી આયનીકરણ ક્ષમતાને કારણે સીધા રેકોર્ડ કરવામાં આવતા નથી. તેમને શોધવા માટે, ટ્યુબની અંદરની દિવાલ એક સામગ્રી સાથે કોટેડ છે જેમાંથી Y-ક્વોન્ટા ઇલેક્ટ્રોનને બહાર કાઢે છે.

કાઉન્ટર તેમાં પ્રવેશતા લગભગ તમામ ઇલેક્ટ્રોન રજીસ્ટર કરે છે; Y-ક્વોન્ટા માટે, તે સોમાંથી લગભગ માત્ર એક જ Y-ક્વોન્ટમ રજીસ્ટર કરે છે. ભારે કણોની નોંધણી (ઉદાહરણ તરીકે, J-કણો) મુશ્કેલ છે, કારણ કે કાઉન્ટરમાં પૂરતી પાતળી "વિન્ડો" બનાવવી મુશ્કેલ છે જે આ કણો માટે પારદર્શક હોય.

2) ક્લાઉડ ચેમ્બર

ક્લાઉડ ચેમ્બરની ક્રિયા પાણીના ટીપાં બનાવવા માટે આયનો પર સુપરસેચ્યુરેટેડ વરાળના ઘનીકરણ પર આધારિત છે. આ આયનો તેના માર્ગ સાથે ફરતા ચાર્જ કણ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે.

ઉપકરણ એ પિસ્ટન 1 (ફિગ. 2) સાથેનું સિલિન્ડર છે, જે સપાટ કાચના ઢાંકણથી ઢંકાયેલું છે 2. ચેમ્બરનું કાર્યકારી વોલ્યુમ ગેસથી ભરેલું છે, જેમાં સંતૃપ્ત વરાળ. જ્યારે પિસ્ટન ઝડપથી નીચેની તરફ જાય છે, ત્યારે જથ્થામાં રહેલો ગેસ એડિબેટીક રીતે વિસ્તરે છે અને ઠંડુ થાય છે, જ્યારે સુપરસેચ્યુરેટેડ બને છે. જ્યારે કોઈ કણ આ જગ્યામાંથી ઉડે છે, તેના માર્ગ સાથે આયનો બનાવે છે, ત્યારે આ આયનો પર કન્ડેન્સ્ડ વરાળના ટીપાં રચાય છે. ધુમ્મસની પટ્ટી (ફિગ. 3) ના રૂપમાં કેમેરામાં પાર્ટિકલ ટ્રેજેક્ટરી (ટ્રેક)નો એક ટ્રેસ દેખાય છે, જેનું અવલોકન અને ફોટોગ્રાફ કરી શકાય છે. ટ્રેક સેકન્ડના દસમા ભાગ માટે અસ્તિત્વમાં છે. પિસ્ટનને તેની મૂળ સ્થિતિમાં પરત કરીને અને ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ સાથે આયનોને દૂર કરીને, એડિબેટિક વિસ્તરણ ફરીથી કરી શકાય છે. આમ, કેમેરા સાથેના પ્રયોગો વારંવાર કરી શકાય છે.

ચોખા. 3

જો કૅમેરા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટના ધ્રુવોની વચ્ચે મૂકવામાં આવે છે, તો પછી કણોના ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવા માટે કૅમેરાની ક્ષમતાઓ નોંધપાત્ર રીતે વિસ્તરે છે. આ કિસ્સામાં, લોરેન્ટ્ઝ બળ મૂવિંગ કણ પર કાર્ય કરે છે, જે કણોના ચાર્જનું મૂલ્ય અને તેના વક્રતાના વળાંક પરથી તેની ગતિ નક્કી કરવાનું શક્ય બનાવે છે. આકૃતિ 4 બતાવે છે શક્ય વિકલ્પઇલેક્ટ્રોન અને પોઝિટ્રોન ટ્રેકના ફોટોગ્રાફ્સ ડિસાયફરિંગ. ચુંબકીય ક્ષેત્રનો ઇન્ડક્શન વેક્ટર B ડ્રોઇંગની પાછળના ડ્રોઇંગ પ્લેન પર કાટખૂણે નિર્દેશિત છે. પોઝિટ્રોન ડાબી તરફ વળે છે અને ઇલેક્ટ્રોન જમણી તરફ.

3) બબલ ચેમ્બર

તે ક્લાઉડ ચેમ્બરથી અલગ છે જેમાં ચેમ્બરના કાર્યકારી જથ્થામાં સુપરસેચ્યુરેટેડ વરાળને સુપરહિટેડ પ્રવાહી દ્વારા બદલવામાં આવે છે, એટલે કે. એક પ્રવાહી જે તેના સંતૃપ્ત વરાળના દબાણ કરતા ઓછું દબાણ હેઠળ છે.

આવા પ્રવાહીમાંથી ઉડતી વખતે, એક કણ વરાળના પરપોટાના દેખાવનું કારણ બને છે, ત્યાં એક ટ્રેક (ફિગ. 5) બનાવે છે.

પ્રારંભિક સ્થિતિમાં, પિસ્ટન પ્રવાહીને સંકુચિત કરે છે. દબાણમાં તીવ્ર ઘટાડા સાથે, પ્રવાહીનું ઉત્કલન બિંદુ આસપાસના તાપમાન કરતા ઓછું હોય છે.

પ્રવાહી અસ્થિર (ઓવરહિટેડ) સ્થિતિ બની જાય છે. આ કણોના માર્ગ સાથે પરપોટાના દેખાવને સુનિશ્ચિત કરે છે. હાઇડ્રોજન, ઝેનોન, પ્રોપેન અને કેટલાક અન્ય પદાર્થોનો ઉપયોગ કાર્યકારી મિશ્રણ તરીકે થાય છે.

વિલ્સન ચેમ્બર ઉપર બબલ ચેમ્બરનો ફાયદો કારણે છે ઉચ્ચ ઘનતાકાર્યકારી પદાર્થ. પરિણામે, કણોના માર્ગો તદ્દન ટૂંકા હોય છે, અને ઉચ્ચ ઊર્જાના કણો પણ ચેમ્બરમાં અટવાઈ જાય છે. આનાથી વ્યક્તિ કણના ક્રમિક પરિવર્તનની શ્રેણી અને તેના કારણે થતી પ્રતિક્રિયાઓનું અવલોકન કરી શકે છે.

II. ઉપયોગ કરીને સૈદ્ધાંતિક સામગ્રીઅને ઇન્ટરનેટ સંસાધનો, કોષ્ટક ભરો.

તમારા જવાબો કાગળની ડબલ શીટ પર લખો, તેને આડા મૂકીને.

III. પ્રશ્નોના સંપૂર્ણ જવાબો લખો.

1. આકૃતિ આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે નિર્દેશિત ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકવામાં આવેલા ક્લાઉડ ચેમ્બરમાં કણની ગતિ દર્શાવે છે.

• પાર્ટિકલ ચાર્જની નિશાની નક્કી કરો, તમે કયા નિયમનો ઉપયોગ કર્યો છે તે લખો.

• શા માટે કણ વિચલિત થાય છે?

2. ક્લાઉડ ચેમ્બર અને બબલ ચેમ્બરમાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર બનાવવામાં આવે છે. આ કેમ કરવામાં આવી રહ્યું છે?

આ લેખમાં અમે તમને ભૌતિકશાસ્ત્રના પાઠ (9મા ધોરણ) માટે તૈયાર કરવામાં મદદ કરીશું. કણ સંશોધન એ કોઈ સામાન્ય વિષય નથી, પરંતુ પરમાણુ પરમાણુ વિજ્ઞાનની દુનિયામાં ખૂબ જ રસપ્રદ અને ઉત્તેજક પ્રવાસ છે. સંસ્કૃતિ તાજેતરમાં જ પ્રગતિના આવા સ્તરને પ્રાપ્ત કરવામાં સક્ષમ હતી, અને વૈજ્ઞાનિકો હજી પણ દલીલ કરી રહ્યા છે કે શું માનવતાને આવા જ્ઞાનની જરૂર છે? છેવટે, જો લોકો પ્રક્રિયાને પુનરાવર્તિત કરી શકે છે અણુ વિસ્ફોટ, જે બ્રહ્માંડના ઉદભવ તરફ દોરી જાય છે, તો પછી કદાચ ફક્ત આપણો ગ્રહ જ નહીં, પણ સમગ્ર કોસ્મોસ પણ તૂટી જશે.

આપણે કયા કણો વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ અને શા માટે તેનો અભ્યાસ કરીએ છીએ?

આ પ્રશ્નોના આંશિક જવાબો ભૌતિકશાસ્ત્રના અભ્યાસક્રમ દ્વારા પ્રદાન કરવામાં આવે છે. કણોનો અભ્યાસ કરવા માટેની પ્રાયોગિક પદ્ધતિઓ એ સૌથી શક્તિશાળી માઇક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ કરીને પણ મનુષ્ય માટે શું અગમ્ય છે તે જોવાનો એક માર્ગ છે. પરંતુ પ્રથમ વસ્તુઓ પ્રથમ.

પ્રાથમિક કણ એ એક સામૂહિક શબ્દ છે જે એવા કણોનો સંદર્ભ આપે છે જેને હવે નાના ટુકડાઓમાં વિભાજિત કરી શકાતા નથી. કુલ મળીને, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ 350 થી વધુ પ્રાથમિક કણોની શોધ કરી છે. પ્રોટોન, ન્યુરોન્સ, ઇલેક્ટ્રોન, ફોટોન અને ક્વાર્ક વિશે સાંભળવા માટે આપણે સૌથી વધુ ટેવાયેલા છીએ. આ કહેવાતા મૂળભૂત કણો છે.

પ્રાથમિક કણોની લાક્ષણિકતાઓ

બધા સૌથી નાના કણોતેમની પાસે સમાન મિલકત છે: તેઓ તેમના પોતાના પ્રભાવના પ્રભાવ હેઠળ એકબીજામાં રૂપાંતરિત કરી શકે છે. કેટલાક મજબૂત છે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ગુણધર્મો, અન્ય નબળા ગુરુત્વાકર્ષણ રાશિઓ. પરંતુ તમામ પ્રાથમિક કણો નીચેના પરિમાણો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે:

• વજન.
• સ્પિન એ આંતરિક કોણીય ગતિ છે.
• ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ.
• જીવન સમય.
• સમાનતા.
• ચુંબકીય ક્ષણ.
• બેરીઓન ચાર્જ.
• લેપ્ટન ચાર્જ.

પદાર્થની રચનાના સિદ્ધાંતમાં સંક્ષિપ્ત પ્રવાસ

કોઈપણ પદાર્થમાં અણુઓનો સમાવેશ થાય છે, જે બદલામાં ન્યુક્લિયસ અને ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે. ઇલેક્ટ્રોન ગ્રહો જેવા છે સૌર સિસ્ટમ, દરેક તેની પોતાની ધરી સાથે કોરની આસપાસ ફરે છે. તેમની વચ્ચેનું અંતર અણુ ધોરણે ઘણું મોટું છે. ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોન અને ચેતાકોષોનો સમાવેશ થાય છે, તેમની વચ્ચેનું જોડાણ એટલું મજબૂત છે કે તેમને કોઈપણ દ્વારા અલગ કરી શકાતા નથી. વિજ્ઞાન માટે જાણીતું છેમાર્ગ આ સાર છે પ્રાયોગિક પદ્ધતિઓકણ સંશોધન (સંક્ષિપ્તમાં).

આપણા માટે કલ્પના કરવી મુશ્કેલ છે, પરંતુ પરમાણુ સંચારપૃથ્વી પરના તમામ જાણીતા દળોને લાખો વખત વટાવી દે છે. આપણે કેમિકલ જાણીએ છીએ પરમાણુ વિસ્ફોટ. પરંતુ જે પ્રોટોન અને ન્યુરોન્સને એકસાથે રાખે છે તે કંઈક બીજું છે. કદાચ આ બ્રહ્માંડની ઉત્પત્તિના રહસ્યને ઉઘાડવાની ચાવી છે. તેથી જ કણોનો અભ્યાસ કરવા માટે પ્રાયોગિક પદ્ધતિઓનો અભ્યાસ કરવો ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે.

અસંખ્ય પ્રયોગોએ વૈજ્ઞાનિકોને આ વિચાર તરફ દોરી કે ચેતાકોષોમાં પણ નાના એકમો હોય છે અને તેમને ક્વાર્ક કહે છે. તેમની અંદર શું છે તે હજુ સુધી જાણી શકાયું નથી. પરંતુ ક્વાર્ક અવિભાજ્ય એકમો છે. એટલે કે, એકને સિંગલ આઉટ કરવાનો કોઈ રસ્તો નથી. જો વૈજ્ઞાનિકો એક ક્વાર્કને અલગ કરવા માટે કણોનો અભ્યાસ કરવાની પ્રાયોગિક પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરે છે, તો પછી તેઓ ગમે તેટલા પ્રયત્નો કરે, ઓછામાં ઓછા બે ક્વાર્ક હંમેશા અલગ રહે છે. આ ફરી એકવાર પરમાણુ સંભવિતની અવિનાશી શક્તિની પુષ્ટિ કરે છે.

કણ સંશોધનની કઈ પદ્ધતિઓ અસ્તિત્વમાં છે?

ચાલો આપણે સીધા જ કણોના અભ્યાસ માટેની પ્રાયોગિક પદ્ધતિઓ તરફ આગળ વધીએ (કોષ્ટક 1).