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Déviation d'un faisceau d'électrons par un champ magnétique

Impression facile
Matière Niveau Section
3Physique Terminale S
Chapitre Déviation d'un faisceau d'électrons par un champ magnétique
Prestation Résolution d' un exercice complet ( 4-5 questions ou sous-questions)
Enoncé
Chambre d’ionisation
Une chambre d’ionisation produit des ions 20Ne + et
22 Ne + de masses respectives m1 et m2 . On néglige les forces de pesanteur.
Ces ions pénètrent avec une vitesse initiale nulle en 0. Ils sont soumis entre les plaques C et A à un champ électrique uniforme Eo parallèle à l’axe (Ox), créé par une tension U0 = Vc — VA. Ils sortent en O1 avec les vitesses v1 et v 2 respectivement.


1) a) Représenter sur un schéma le vecteur E 0 et déterminer le signe de U0 .
b) Exprimer v1, vitesse de l’isotope 20 Ne+, en O1 en fonction de U0, e et m 1.
c) Calculer la valeur v1 pour U0=2.10^4 V

Données : m1 = 20.10 -3 kg .mol-l, NA = 6,02. 1023 mol-1 et m2=22.10^-3 kg.mol-1.

d) Montrer qu’en O1,on a: m1.v1^2=m2.v2^2
En déduire la valeur de v 2.
2) Arrivés en O1, les isotopes pénètrent entre les deux plaques P et P’ qui créent un champ uniforme E .La tension Up’ = U est positive et constante.
a) Représenter approximativement la trajectoire des isotopes.
b) Déterminer l’équation de la trajectoire entre les plaques P et P’ pour chaque isotope en fonction de E, e , m1 ou m2, v1 ou v2 . Conclure.

Image fournie avec la question
 

Réponse de notre équipe pédagogique :

Bonsoir,

1) a) Les charges positives sont attirées par la plaque A.
Donc elles sont soumises à une force.

Vecteur F = q Vecteur Eo colinéaires à vecteur OO1

Comme q>0 ( q=+e ) Vecteur E0 est dirigé de O vers O1.

Puisque le vecteur Eo descend les potentiels

VA<VC implique VC-VA=Uo>0

b) Systrème l’ion 20 Ne + de charge q1=+e de masse m1.

On applique le théorème de l’énergie cinétique entre O et O1

1/2m1v1²-1/2m0²=WO-->O1 Vecteur F = q1 Eo x d = q1 Uo/d x d= e Uo

1/2 m1v1²=e Uo

V1= V [( 2e Uo)/m1]

c)

M1 = 20 10^(-3) kg/mol

m1=( 20 10^(-3) ) / Na
m1 = ( 20 10^(-3))/(6.02 10^(23) )

e=1.6 10^(-19) C

Application Numérique:

V1=438.9 x 10^3 m/s.

d) Montrer que m1 v1² = m2 v2²

On applique le théorème de l’énergie cinétique pour la charge q2=+e de masse m2.

1/2 m2v2²-1/2m2o²=q1Uo

1/2 m2 v2² = e Uo

Or on avait déja montré que 1/2 m1 v1² = e Uo

Donc

1/2 m2 v2² = 1/2 m1 v1²

m1 v1² = m2 v2²

v2= V ( m1 v1² / m2)

Application Numérique V2=418.5 x 10^3 m/s

2)

a)

Upp’ >0 donc Vp>Vp’

D’où le vecteur E va de P vers P’.

Le mouvement est parabolique vers le bas.

b)

On applique la relation fondamentale de la dynamique au système q1 de masse m1.

m1 vecteur a = q1 vecteur E e vecteur E

On projète.

Vecteur a

0

-e/m1 E

Vecteur V

v1

-eE/m1 t

Vecteur position

v1t

-eEt²/2m1

 

On obtient l’équation de la trajectoire suivante y(x)=(-eEx²)/(2m1v1²)

On retrouve bien que la trajectoire est parabolique. ( car de la forme y=ax² )

A bientôt.

Bonne soirée.

François.


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