chap1-particules_dans_e_et_b.doc

TS Cours
Physique
Chap 1 Particules chargées dans un champ électrique ou magnétique | |Dans ce chapitre, nous allons | |
| |approfondir nos connaissances de l'année|[pic] |
| |dernière concernant les champs | |
| |électrique et magnétique. Plus | |
| |précisément, nous nous intéresserons aux| |
| |mouvements des particules chargées | |
| |(protons, électrons, ions...) dans un | |
| |champ électromagnétique. Cette étude | |
| |nous permettra d'évoquer des | |
| |applications modernes comme les | |
| |accélérateurs de particules (LHC au | |
| |CERN), les spectromètres de masses | |
| |(wassisdas ?), les pièges à antimatière | |
| |(si si !) et de revenir sur les aurores | |
| |polaires pour comprendre plus en détail | |
| |ce phénomène naturel spectaculaire... | |
I. Quelques dispositifs utilisant des champs électriques ou magnétiques
1) Champs électriques
a. Expérience
| | |
| |Observation : le spot d'électron |
| |est ................... |
| | |
| |Conclusion : |
| |un champ |
| |................................ |
| |permet de |
| |........................... des |
| |particules chargées. |
b. L'oscilloscope
Compléter le schéma de principe de l'oscilloscope à l'aide des mots
suivants : spot / canon à électrons / faisceau d'électrons / écran /
condensateur plan Le condensateur plan P1P2 permet la déviation verticale du faisceau
d'électrons correspondant à l'axe des tensions (O, Y)
Le condensateur plan P'1P'2 permet la déviation horizontale du faisceau
d'électrons correspondant à l'axe des temps (O, X)
Ex1. Par définition de la masse, le potentiel électrique V(P2) = 0 V.
a) Représenter le sens du champ électrique créé par le condensateur plan
P1P2 dans le cas où V(YA) > 0
b) Représenter alors le sens de la déviation du spot d'électrons sur
l'écran Conclusion :
Dans un oscilloscope, la déviation du
............................................ d'électrons est assurée par
des champs électriques orthogonaux entre eux produits par des
................................................................... 2) Champs magnétiques
a. Expérience
| |Observation : le spot d'électron |
| |est .................. |
| | |
| |Conclusion : |
| |un champ |
| |................................ |
| |permet de |
| |........................... des |
| |particules chargées. |
b. Retour au siècle dernier : le téléviseur cathodique
Compléter le schéma de principe d'un téléviseur cathodique à l'aide des
mots suivants : écran / canon à électrons / bobines de déviation /
faisceau d'électrons
| | |
| |Le spot d'électrons balaie |
| |les 625 lignes de l'écran |
| |(1 image) et ce, 25 fois |
| |par seconde. |
| | |
| |Conclusion : |
| |Dans un téléviseur |
| |cathodique, la déviation du|
| |...........................|
| |.. d'électrons est assurée |
| |par des champs magnétiques |
| |produits par des |
| |...........................|
| |........... |
| |...........................|
| |............... |
| | |
| | | 3) Associations de champs électriques et magnétiques
a. Un accélérateur de particules : le cyclotron
Le cyclotron est le premier accélérateur de particule inventé par E.O.
Lawrence en 1931. Principe : dans un cyclotron, les particules placées dans un champ
magnétique constant suivent une trajectoire en forme de spirale et sont
accélérées par un champ électrique alternatif. Le sens du champ électrique
s'inverse à chaque demi-tour ce qui accélère les particules à chaque
passage.
Compléter le schéma de principe du cyclotron à l'aide des mots suivants :
cible / zone de déviation / tension sinusoïdale / zone d'accélération
Ex2. Les particules chargées sont émises au centre du cyclotron avec une
vitesse négligeable.
a) Représenter le sens de la force électrique accélératrice
b) En déduire la nature > 0 ou < 0 de la charge des particules
Applications : un cyclotron est un accélérateur de particules de taille
minime : de l'ordre de 6 m3. Il permet la production d'isotopes
radioactifs, et en particulier d'oxygène 15 (15O), de carbone 11 (11C),
d'azote 13 (13N), et de fluor 18 (18F), utilisés notamment en médecine. Les
isotopes sont obtenus par l'irradiation d'une cible avec les protons
accélérés par le cyclotron. Le fluor 18 (isotope à demi-vie courte : 109
minutes) permet de fabriquer du fluorodésoxyglucose (FDG), un sucre
radioactif inutilisable par la cellule, qui va s'accumuler
préférentiellement dans les zones cancéreuses, fortes consommatrices de
glucose. Une tomographie à émission de positons (TEP) permettra de détecter
de façon particulièrement fine certains cancers puis de les traiter à des
stades très précoces.
Animation : http://www.sciences.univ-
nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Meca/Charges/cyclotron.html
b. Autre accélérateur de particules : le synchrotron
Compléter le schéma de principe du synchrotron à l'aide des mots suivants :
électrique / électroaimants / magnétique / cavités accélératrices
Applications : obtention de particules ultra relativistes (v ( c) de très
hautes énergies et du « rayonnement synchrotron ».
Les applications concernent des domaines très variés, allant de la chimie
et la physique fondamentales, à l'analyse de matériaux archéologiques ou
d'organismes microscopiques. Elles peuvent également être employées à des
fins industrielles. |Rem : le LHC au CERN de Genève | |
|Construit dans le tunnel de 3 mètres de diamètre et | |
|de 27 km de long, foré sous la plaine lémanique entre| |
|Genève et le Jura, passant sous le pays de Gex, à une| |
|profondeur moyenne de 100 mètres (entre 50 et | |
|175 mètres), le LHC est d'abord un | |
|accélérateur-collisionneur circulaire de protons | |
|(protons contre protons). Le dispositif utilise la | |
|technologie du synchrotron. Les 2 faisceaux de | |
|particules sont accélérés en sens inverse par le | |
|champ électrique à très haute fréquence des cavités | |
|accélératrices et des klystrons. Ils tournent dans | |
|deux tubes jumelés où règne un ultravide, insérés | |
|dans un même système magnétique supraconducteur | |
|refroidi par de l'hélium liquide. Des aimants | |
|additionnels sont utilisés pour diriger les faisceaux|