กิจกรรมเสนอแนะ ห้องหมอกตรวจจับอนุภาคได้อย่างไร
จุดประสงค์
1. สังเกตรอยทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคในห้องหมอก
2. อธิบายการเกิดรอยทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคในห้องหมอก
เวลาที่ใช้ ประมาณ 60 นาที
รูป 1.10 ตัวอย่างการสังเกตรอยทางของอนุภาคในห้องหมอกที่สร้างขึ้น ในกิจกรรมเสนอแนะ
วัสดุและอุปกรณ์
1. ชุดอุปกรณ์ห้องหมอก
• กล่องพลาสติกใสเจาะรูด้านข้าง 1 กล่อง
• แผ่นกาวอะลูมิเนียม 1 ม้วน
• จุกคอร์ก 2 อัน
• ลวดที่ปลายติดแหล่งกำเนิดรังสี 1 อัน
• แผ่นสังกะสีสี่เหลี่ยมพ่นสีดำหนึ่งด้าน 1 แผ่น
2. กรรไกร 1 เล่ม
3. ขวดแก้วบรรจุไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ 90% 1 ขวด
4. หลอดหยด 1 หลอด
5. น้ำแข็งแห้งขนาด 1 กิโลกรัม 1 ก้อน
6. ถาดพลาสติก 1 ใบ
7. ถุงมือผ้า 1 คู่
8. ไฟฉายหรืออุปกรณ์ให้แสง 1 กระบอก
9. ฟองน้ำหนา 1 นิ้ว 1 อัน
10. เทปกาว 2 หน้า 1 ม้วน
ข้อควรระวัง !
1. ระวังไม่ให้ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์เข้าปากหรือเข้าตา ถ้าเข้าตาหรือปาก ให้ล้างออกด้วยน้ำทันที
2. ระวังไม่สัมผัสน้ำแข็งแห้งด้วยมือเปล่า ควรใช้ถุงมือหรืออุปกรณ์อื่นหยิบจับ
วิธีทำกิจกรรม
ตอนที่ 1 ทำนายลักษณะรอยทางการเคลื่อนที่ของอนุภาค
1. ศึกษาหลักการตรวจวัดอนุภาคของห้องหมอกจากเนื้อหาด้านล่าง
2. ให้ทำนายลักษณะรอยทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่คาดว่าจะสังเกตได้ในห้องหมอก โดยพิจารณากรณีที่อนุภาคที่เคลื่อนที่ภายในห้องหมอกมีเพียง อนุภาคแอลฟา อนุภาคบีตา และ รังสีแกมมา ให้วาดรูปลักษณะรอยทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคแต่ละชนิดที่คาดว่าจะสังเกตได้ ลงในกระดาษ พร้อมให้เหตุผล
หลักการตรวจวัดอนุภาคของห้องหมอก
โปรตอน นิวตรอน อนุภาคแอลฟา อนุภาคบีตา และ อนุภาคแกมมา เป็นอนุภาคที่เราได้เคยเรียนรู้มาแล้ว แต่รู้หรือไม่ว่า นอกจากอนุภาคดังกล่าวแล้ว ยังมีอนุภาคอื่น ๆ อีกมากมาย อนุภาคที่มีแหล่งกำเนิดจากปรากฏการณ์ในอวกาศเคลื่อนที่ผ่านโลกของเราตลอดเวลา บางอนุภาคพุ่งเข้าชนกับอนุภาคในชั้นบรรยากาศ ทำให้เกิดอนุภาคอีกหลากหลายชนิดเคลื่อนที่มายังพื้นโลก อนุภาคเหล่านี้ไม่เป็นอันตรายและไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เครื่องตรวจวัดอนุภาคแบบห้องหมอก หรือ เรียกสั้น ๆ ว่า ห้องหมอก (cloud chamber) เป็นเครื่องมือที่สามารถช่วยให้เรามองเห็นรอยทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุได้
ในห้องหมอก อุณหภูมิบริเวณด้านบนกับด้านล่างจะต่างกันมาก โดยบริเวณด้านบนจะมีแอลกอฮอล์ที่ซึมอยู่ในวัสดุดูดซับ ไอของแอลกอฮอล์ที่ระเหยออกมาจะเคลื่อนที่อย่างช้า ๆ ลงสู่ด้านล่างซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่า และพร้อมที่จะควบแน่นไปเป็นละอองแอลกอฮอล์ที่อยู่ในสถานะของเหลว ดังรูป 1.11
รูป 1.11ห้องหมอกที่มีไอแอลกอฮอล์กำลังเคลื่อนที่ลงสู่ด้านล่าง
เมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านเข้ามาในห้องหมอก จะไปชนกับโมเลกุลของอากาศภายในห้องหมอก ทำให้อิเล็กตรอนของโมเลกุลของอากาศหลุดออกมา เกิดเป็นไอออน ที่อนุภาคของแอลกอฮอล์รอบ ๆ ถูกดึงดูดให้มารวมตัวกันและเกิดการควบแน่นของไอแอลกอฮอล์เป็นละอองตามรอยทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุเหล่านั้น สังเกตเห็นเป็นรอยทางของกลุ่มควันภายในห้องหมอก ดังรูป 1.12
รูป 1.12 ภาพแสดงการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าพลังงานสูงภายในห้องหมอก ซึ่งทำให้โมเลกุลอากาศแตกตัวเป็นไอออน ดึงดูดอนุภาคของแอลกอฮอล์ให้มารวมตัวกัน
*****ลองทำนายและวาดรอยทางที่คาดว่าจะสังเกตพบก่อนที่จะไปหน้าถัดไป*****