e/m Rapport charge sur masse de l'électron : réponses aux questions

Laboratoire de physique

e/m Rapport charge sur masse de l’électron : réponses aux questions

Utilisation de bobines de Helmholtz

Réponses aux questions sur le rapport charge sur masse de l’électron.

Article mis en ligne le 23 avril 2009

dernière modification le 4 avril 2015

par bernard.vuilleumier

Consultations préalables
– J.-A. Monard, Électricité, Chap. 17, $\S$ 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128.
– Protocole de l’expérience
– Bobines de Helmholtz
– Mouvement d’une particule chargée dans un champ électrique et/ou magnétique

Réponses aux questions

Question 1 (2 points)
Comment s’appelle la force à laquelle une particule pénétrant dans un champ magnétique est soumise ? De quoi cette force dépend-elle ?

– La force de Lorentz $\vec F=q\vec v \times \vec B$ . Cette force dépend de la charge q de la particule, de sa vitesse $\vec v$ et du champ magnétique $\vec B$ .

Question 2 (2 points)
Comment obtient-on la direction, le sens et la grandeur de cette force ?

– La direction de $\vec F$ est perpendiculaire au plan formé par $\vec v$ et $\vec B$ .
Son sens s’obtient en faisant tourner $\vec v$ sur $\vec B$ .
Sa grandeur vaut $||\vec F||=q||\vec v||||\vec B||sin\alpha$ où α est l’angle entre $\vec v$ et $\vec B$ .

Question 3 (2 points)
Exprimez l’énergie cinétique acquise par une particule de masse m et de charge e accélérée par une tension U.

– La variation d’énergie cinétique est donnée par eU = ΔE_cin. Si la vitesse initiale de la particule est nulle, l’énergie cinétique acquise vaut donc eU.

Question 4 (4 points)
La particule accélérée pénètre dans un champ magnétique. Établissez une relation entre le rayon de courbure r de la trajectoire décrite par la particule, sa masse m, sa charge e, le champ magnétique B et la tension d’accélération U.

– $r=\frac{1}{B}\sqrt{\frac{2mU}{e}}$

Question 5 (5 points)
Remplacez, dans la relation obtenue, le champ B par l’expression donnant le champ magnétique au centre du dispositif de Helmholtz et écrivez le résultat sous la forme :

$r=f(\frac{1}{I})=k\frac{1}{I}$

où r est le rayon de courbure de la trajectoire, I le courant parcourant les bobines de Helmholtz et k une constante faisant intervenir la masse m et la charge e de la particule.

– Le champ magnétique entre les bobines de Helmholtz est pratiquement uniforme et s’exprime par :

$B=\frac{8\mu_0 N I}{5\sqrt{5}R_{bobine}}$

En substituant cette expression du champ dans l’expression précédente, on obtient :

$r=\frac{5\sqrt{5}R_{bobine}}{8\mu_0 N I}\sqrt{\frac{2mU}{e}}=\frac{k}{I}$ avec
$k=\frac{5\sqrt{5}R_{bobine}}{8\mu_0 N}\sqrt{\frac{2mU}{e}}$

Autres questions sur l’électromagnétisme
– Bobines de Helmholtz
– Champ magnétique d’un solénoïde
– Charge et décharge d’un condensateur
– Force de Laplace
– Résistivité

Sujets liés (from Wolfram Demonstrations Project)
– Charged Particle in Uniform Electric and Magnetic Fields
– Energy Density of a Particle Moving at Uniform Speed

Wolfram Demonstrations Project : mode d’emploi

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