Action d'un champ sur une particule chargé et ... - TuniSchool
Il en résulte un champ électrostatique uniforme de vecteur1 entre F et P, de
valeur .... 2ème partie : Le champ électrique est remplacé par un champ
magnétique ...
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Action dun champ sur une particule chargée et réactions rédox Exercice : 1
Des électrons sont émis avec une vitesse négligeable par un filament F chauffé. Figure 1.
1/ On établit une tension U1=VP-VF entre le filament et une plaque disposée parallèlement à celui-ci.
Il en résulte un champ électrostatique uniforme de vecteur EMBED Equation.DSMT4 1 entre F et P, de valeur
EMBED Equation.DSMT4 =106v.m-1. Les électrons arrivent alors en P avec une vitesse VO de module EMBED Equation.DSMT4 =0,53.108 m.s-1.
Préciser le sens de EMBED Equation.DSMT4 1 et le signe de U1.
Quelle est la nature du mouvement des électrons entre F et P ?
Déduire la distance d1 entre F et P et calculer U1. Quelle est la durée du parcours ?
On donne : me=9,1.10-31kg. Q=-e=1,6.10-19C.
2/ la plaque a un trou qui laisse passer les électrons. On dispose de deux plaques P1 et P2 perpendiculairement au plan (xoy). Les électrons pénètrent entre les deux plaques en O animés de la vitesse VO parallèle à (OX). On applique entre P1 et P2 une tension : U2 = VP2-VP1=300 V.
On donne : !=6cm ; d2=1,5cm.
Déterminer les équations horaires du mouvement d un électron entre P1 et P2 ainsi que l équation de la trajectoire.
Quelle est la déviation linéaire AB des électrons à la sortie des plaques ? quelle est leur déviation angulaire EMBED Equation.DSMT4 ?
c- On place un écran E parallèle à (OY) à 46cm de A. Quelles sont, dans le repère (O, EMBED Equation.DSMT4 ), les coordonnés du point dimpact du faisceau délectrons sur lécran ?
Exercice : 2
1ère partie : De la vapeur de lithium est ionisée au moyen dun rayonnement convenable. Les ions 6Li+ et 7Li+ de même charge e = 1.610-19 C et de masses respectives m1 et m2 , passent pratiquement sans vitesse initial à travers un trou O1 dune plaque P1 à une plaque P2. Ils sont accélérés par un champ électrique régnant entres les plaques P1 et P2 en portant ces plaques à une tension U = VP1 VP2 ( voir figure). 1/a- Déterminer le signe de la tension U pour que les ions soient accélérés de
O1 vers O2.
b- Exprimer puis calculer les vitesses V1 et V2 respectivement des ions 6 Li+ et 7Li+ à la sortie de O2.
On donne : I UI= 7.103 v , m1= 10-26kg et m2 = 7/6 .10-26kg .
2/ Les ions 6 Li+ et 7Li+ pénètres par la suite par le point O dans un champ électrique E vertical orienté vers le haut .
Etablir léquation cartésienne de la trajectoire de chaque ion et montrer quelle sécrit sous la forme
Y = ( II E II/4U ) .x2
On donne II E II=2.104v.
Exprimer puis calculer la déviation ( de chaque ion . ( est langle que fait le
vecteur vitesse à la sortie du champ par rapport à lhorizontale . Montrer que :
tg ( = (II E II. L ) /2U L : largeur du champ électrique .
Un tel dispositif permet-il de séparer les deux isotopes du lithium ? Justifier la réponse.
2ème partie : Le champ électrique est remplacé par un champ magnétique uniforme B .
1/ Montrer que le mouvement de chaque ion est circulaire uniforme dans le champ magnétique.
2/ Déterminer le rayon de courbure R1 et R2 respectivement des ions 6 Li+ et 7Li+ .
On donne II B II = 7.10-2T .
3/ Le dispositif permet-il de séparer les isotopes de lithium. Justifier la réponse.
Exercice 3
1/ On considère les ions de deux isotopes de mercure EMBED Equation.DSMT4 et EMBED Equation.DSMT4 de masses respectives m1=3,32.10-25 kg et m2=3 ,35.10-25 kg et de même charge q=2e. Ils sont ensuite émis sans vitesse par la source S, puis accélérés par un champ électrostatique uniforme qui règne entre S et P tel que
Usp=U =600V. Figure 2.
Déterminer lexpression littérale de la vitesse EMBED Equation.DSMT4 en A dun ion de masse m et de charge q en fonction de m, e et U.
Montrer que les deux ions EMBED Equation.DSMT4 et EMBED Equation.DSMT4 émis par S arrivent en A avec des vitesses différentes.
2/ Ces deux ions pénètrent en A dans une région où règne un champ magnétique uniforme EMBED Equation.DSMT4 perpendiculaire au plan de la figure et tel que EMBED Equation.DSMT4 =0,2 T qui leur impose une trajectoire circulaire de rayon R, puis ils impressionnent une plaque photographique en deux points I et F.
Etablir lexpression de R en fonction de m, e, EMBED Equation.DSMT4 et EMBED Equation.DSMT4 puis en fonction de m, e, EMBED Equation.DSMT4 et U.
Calculer R1 et R2 et déduire la distance IF entre les deux points dimpact, sur la plaque photo des ions des deux isotopes de mercure Hg2+.
Exercice4 :
Dans un tube cathodique, des électrons sont émis, sans vitesse initiale par une cathode C ; puis accélérés vers lanode A. Ils pénètrent en O avec une vitesse horizontale EMBED Equation.DSMT4 dans un champ électrique E qui règne entre deus paques M et N distante de d = 6 cm, de longueur EMBED Equation.DSMT4 = 5 cm et aux bornes desquelles on applique une tension continue UMN =400 V. On donne :
e =1,6.10-19C ,m=9,1.10-31Kg et Vo= 4.105 m.s-1.
1/ a- Représenter le vecteur force exercée sur lélectron entre A et C. Déduire le sens du champ E1.
b- Par application du théorème de lénergie cinétique exprimer puis calculer la tension accélératrice UAC entre A et C.
3/ Etude de mouvement de lélectron entre les plaques M et N
a-Sachant que le point dimpact de lélectron sur lécran E est I, préciser, en le justifiant, les plaques M et N.
b-Quelle est la nature de la trajectoire de lélectron dans le champ E2 ? Justifier la réponse.
4/ Un écran (E) placé à une distance D =12,5 cm de O, reçoit le faisceau délectrons :Exprimer la déflexion électrique Y sur lécran du faisceau délectrons en fonction de e, UMN, m, EMBED Equation.DSMT4 , Vo et D. Calculer la valeur de Y
P1
P2
O2
O1
E
L
Chambre d ioinisation
U
Figure 1
d1
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
B
A
P
F
Y
d2
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Y
O
EMBED Equation.DSMT4 0
O
P2
P1
X
Ecran
Figure 2
A
EMBED Equation.DSMT4
I F
P
S
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