MPSI-PCSI-PTSI
Mouve- ment d'une particule chargée dans un champ magnétique uniforme et indépendant du temps 215 – 4. Produit vectoriel 216 – Exercices 218 – Corrigés 223.
SERIE DEXERCICES N° 15 : MECANIQUE : PARTICULE
PARTICULE CHARGEE DANS UN CHAMP ELECTROMAGNETIQUE Exercice 3 : champs électrique et magnétique orthogonaux. ... Etudier le mouvement de M .
Introduction à lElectromagnétisme
6.3.1 Champ magnétique créé par une charge en mouvement . 9.1.2 Trajectoire d'une particule chargée en présence d'un champ magnétique . . . . 110.
Mouvement des particules chargées dans un champ
2 - Expliquer comment ce dispositif peut être adapté en sélecteur de vitesse. Exercice 2 : Analyse de mouvements. [???]. On considère un point matériel de
PHQ114: Mecanique I
30 mai 2018 Il s'agit d'une propriété générale du mouvement d'une particule chargée dans un champ magnétique (sans champ électrique ou autre force).
Electromagnétisme A Particule chargée dans un champ électrique
Equations horaires du mouvement d'une charge dans un champ magnétique constant. Application: guidage des particules en mouvement.
Page 1 sur 9 EPREUVE DE PHYSIQUE Durée : 3 heures Le sujet
Le sujet est constitué de cinq exercices indépendants de même importance. Mouvements d'une particule chargée dans un champ magnétique uniforme.
Électro- magnétisme
2 août 2019 165 QCM ET EXERCICES CORRIGÉS ... 2 Mouvement d'une particule chargée dans un champ magnétostatique ... du champ magnétique terrestre.
ANNALES SCIENCES PHYSIQUES Terminale D
champ électrique uniforme. Chapitre 6 : Le mouvement d'une particule chargée dans un champ magnétique uniforme. Chapitre 7 : Les oscillations mécaniques.
Mouvement dune particule chargée Exercice 1 : Accélération dune
On étudie le mouvement d'une particule chargée émise sans vitesse initiale du point O
[PDF] PARTICULE CHARGEE DANS UN CHAMP ELECTROMAGNETIQUE
SERIE D'EXERCICES N° 15 : MECANIQUE : PARTICULE CHARGEE DANS UN CHAMP ELECTROMAGNETIQUE Champ électromagnétique Exercice 1 : cyclotron de Lawrence
[PDF] Mouvement des particules chargées dans un champ
Une particule de masse m et charge q pénètre avec une vitesse #”v0 = v0 Exercice 5 : Électron dans un champ électromagnétique [ENAC 2016 ???]
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Mouve- ment d'une particule chargée dans un champ magnétique uniforme et indépendant du temps 215 – 4 Produit vectoriel 216 – Exercices 218 – Corrigés 223
[PDF] 1 Feuille dexercices n°16 : Mouvement dune particule chargée
Exercice 2 : Mouvement d'une particule chargée dans un champ magnétique uniforme : On considère une particule de charge q et de vitesse initiale v0 = v0x ux
Exercice corrigé sur Mouvement dune particule chargée dans un
Exercice corrigé sur Mouvement d'une particule chargée dans un champ magnétique uniforme (Mouvements d'une particule chargée dans un champ électromagnétique)
Exercices Corrigés : Mouvements dune particule chargée dans un
Exercices Corrigés : Mouvements d'une particule chargée dans un champ électromagnétique · 1 Actions d'un champ magnétique et d'une force de rappel · 2 Actions
Mouvements plans : Particule chargée dans un champ magnétique
1 jui 2022 · 1-4/ Étude du mouvement d'une particule chargée dans un champ magnétique uniforme 1-5/ La déviation magnétique II- Exercices
Mouvement dune particule chargée dans un champ magnétique
Exercice 2 Un cyclotron est un instrument qui sert à accélérer des particules chargées permettant ensuite de réaliser des expériences de physique
[PDF] Electromagnétisme A Particule chargée dans un champ électrique
Une particule de charge q mobile de vitesse v plongée dans un champ électrique E et dans un champ magnétique B subit la force de Lorentz: F = q (E + v ? B)
Particule Chargée dans un Champ Magnétique Uniforme - 2 Bac
15 avr 2022 · Dans cette vidéo je vais corriger avec vous un devoir sur " le mouvement d'une particule Durée : 21:20Postée : 15 avr 2022
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Electromagnétisme A
Particule chargée dans un champ électrique et dans un champ magnétiqueSommaire
Force de Lorentz
Travail, puissance de la force de Lorentz et énergie mécaniqueApplication: le canon à électrons
Equations horaires du mouvement d"une charge dans un champ électrique constant Applications: écran cathodique, expérience de Millikan de quantification de la charge Particule chargée dans un champ magnétique: pulsation et rayon de giration Applications: effet miroir, séparation isotopique, chambre à bulles, cyclotron, synchrotron Equations horaires du mouvement d"une charge dans un champ magnétique constantApplication: guidage des particules en mouvement
Oscillateur harmonique dans un champ magnétique: effet Zeeman Oscillateur harmonique excité par une onde électromagnétique: profil d"amortissement en fréquence, raies spectrales I - Force de Lorentz subie par une charge dans un champ électrique et dans un champ magnétique Une particule de charge q mobile, de vitesse v, plongée dans un champ électrique Eet dans unchamp magnétique B, subit la force de Lorentz:F= q (E+ vLB)Permet de définir la nature du champ électrique Eet du champ magnétique Bpar leur action sur
une charge q q E= force électrique , colinéaire au champ électrique (opposée ou même sens selon signe de q). q vLB= force magnétique , orthogonale à la fois à la vitesse vet au champ magnétique B.Rappel sur le produit vectoriel:
||vLB|| = v B |sin(v,B)|Si v= 0ou si v// B, pas de force magnétiqueUnités: Fen N, Een V/m; Ben T; q en C; ven m/s.
Rappel: charge élémentaire
e = 1.6 10 -19C; proton: charge +e, électron: charge -e.
Dans tout le cours, les vecteurssont en caractères gras vLBorthogonal au plan (v, B) Règle de la main droitevers vous opposé II - Travail de la force de Lorentz et énergie mécanique Le travail élémentaire d"une force Fappliquée en M est le produit scalaire dW= F.dOM(unité: Joule) oùdOMest un déplacement élémentaire La puissance de la force Fest P= dW/dt = F.v avec v= dOM/dt (vecteur vitesse)F.v= q (E+ vLB).v
comme(vLB).vest un produit mixte nul (vorthogonal àvLB), alors La force magnétique ne travaille pas; seule la force électrique travailleLa puissance de la force de Lorentz est
P= q E.v
(unité: W) vB vLB Bv vLB pouceindex majeurpouce index majeur Si m désigne la masse de la particule, le PFD implique: m dv/dt = q E+ q (vLB) Effectuons le produit scalaire avec v: d(½ m v²)/dt = q E.vSi Edérive du potentiel électrostatique V
(unité: Volt), on a E= -grad(V) or dV= grad(V).dOM (par définition) d"où dV/dt = -E.vDonc la quantité E
m= ½ m v² + q V est conservéeC"est l"énergie mécanique
de la particule chargée. E c= ½ m v²est l"énergie cinétique et E p= q V est l"énergie potentielle (unité: Joule).Remarque: en présence de frottements, E
mn"est plus conservée et diminue.Application: le canon à électrons (accélération)Métal chauffé(cathode temp T) potentiel
V = 0Vitesse
d"émission thermique desélectrons
v0Émission
d"électronsPotentiel
V > 0Vitesse des
électrons
v à déterminer½ mv² - e V = ½ mv
0² + 0 = constante
Comme v0<< v v = (2 e V / m) 1/2V = 10 000 V
v = 0.2 C½ mv
0² = 3/2 k T (k constante de Boltzman) v
0= (3 k T / m)
1/2T = 1000 K v
0= 0.0007 C
v0<< CAccélération
E III - Mouvement d"une particule chargée dans un champ électrique constantLa particule de charge q et de masse m est soumise à la seule force électrique F= q E, oùEest
invariable dans l"espace et dans le tempsLe PFD s"écrit:
m d²OM/dt² = m dv/dt = F= q EL"accélération est
q E / m ce qui s"intègre vectoriellement et donne les équations horaires v(t) = dOM/dt = (q E / m) t+ v 0 oùv0est la vitesse initiale
de la charge.OM(t) = (½ q E / m) t²+ v
0t + OM
0 où M0est la position initiale
de la charge. Conclusion: le champ électrique accélère ou ralentit une charge dans son mouvement (dépend du sens de la force q Epar rapport àv 0) v0F = qE
mouvement accéléréF = qE
mouvement ralenti Exemple:la charge a pour coordonnées [x(t), y(t)] et pour vitesse [v x(t), v y(t)] dans le repère (xOy); en t=0, elle est au point O et possède la vitesse initiale v 0[v0cos(α), v
0 sin(α)]
vx(t) = v0cos(α) mouvement à vitesse constante
selon Ox v y(t) = (q E /m) t + v0 sin(α) mouvement accéléré ou ralenti
selon Oy x(t) = v0cos(α) t
y(t) = (½ q E / m) t² + v0sin(α) t
équation de la trajectoire:
y = (½ q E / m) (x / v0 cos(α))² + x tan(α)
Il s"agit d"une parabole. Si α= 0 (Eorthogonal àv0), y = (½ q E / m v
0² ) x²
Application1 : oscilloscope à écran cathodiqueEest créé par des plaques parallèles
distantes de d, de longueur l et de différence de potentiel U x = (½ q E x/ m v0²) l² où E
x= U x/d y = (½ q E y/ m v0²) l² où E
y= U y/d x, y proportionnels àU x, U yCi contre: variété de courbes de
Lissajous obtenues en appliquant
aux plaques de déflexion x et y les tension U x= cos(p t)Uy=sin(q t)
Pour p, q entiers (p = q donne un
cercle)Plaques de déflexion
E x E yl l Application 2: expérience de Millikan sur la quantification de la charge mgq E V>0 EV=0Goutte sphérique d"huile
rayon r, densitér charge q < 0 -6phr vPFD: m dv/dt = (4/3pr
3r) g - 6phr v +q E = 0 à l"équilibre poids force de frottement force électriqueE = -Ee
z6phr v = (4/3 pr
3 r) g + q E
v z= -(1/6phr ) (4/3 pr3 rg+ q E)
1)E = V/d = 0
la mesure de v zdonne le rayon r de la goutte2) On fixe E = V/d tel que
vz= 0 q = - 4/3 pr3 rg / E
Résultat: on trouve statistiquement que la charge q est multiple d"une même quantité, la charge de l"électron - e = - 1.6 10 -19 C v d liquide visqueux z IV - Mouvement d"une particule chargée dans un champ magnétique; pulsation gyromagnétique et rayon de girationLe PFD s"écrit:
m dv/dt = q vLB Le produit scalaire avec vdonne d(½ m v²) /dt = 0.L"énergie cinétique de la particule est constante. La norme ||v|| du vecteur vitesse est invariable.Supposons Binvariable dans le temps.
Considérons dérivée du produit scalaire v.Bpar rapport au temps: d(v.B)/dt = dv/dt . B= q/m (vLB) . B = 0 puisque vLB etB sont orthogonaux. On en déduit que le produit scalaire v.Best invariable dans le temps .v B vLB orthogonal au plan(v, B)Posons:
v = v //+ v v//dans la direction du champ magnétique v┴dans le plan orthogonal au champ Conséquence pour un champ magnétique uniforme et constant v//B = constante v// = constante v² = v //² + v ┴² = constante v┴= constante Si v //= 0 alors m v ┴²/ R = q v ┴B v ┴= ΩRLe mouvement est plan et circulaire
de rayon de courbureR = |v
La quantitéΩ=|q B / m| porte le nom de pulsation gyromagnétiqueC"est une vitesse angulaire
(unité: rd/s) de rotation dans un plan orthogonal au champ B. Si v //est non nulLe mouvement est une hélice de rayon R
dont l"axe est la direction du champ magnétique; son pas est h = v //T = v //(2π/Ω); la vitesse de dérive sur l"axe de l"hélice est v Conclusion: les charges sont déviées et guidées par un champ magnétique. L"énergie cinétique de la particule ne varie pas. B v// v┴hApplications: 1 - le phénomène de piégeage de charges par miroir magnétique dans la couronne solaire
A la surface du Soleil, le phénomène de miroir magnétique se produit lorsqu"une particule chargée se déplace d"une zone de champ magnétique B faible (sommet d"une arche magnétique) vers ses pieds d"ancrage où B est fort . La vitesse de dérive v //, maximale au sommet de l"arche, diminue vers ses pieds, peut s"annuler et s"inverser.2 - séparation isotopique
par un champ magnétiquePour q, B, v
0donnée,
R proportionnel à la masse m
(les isotopes diffèrent par le nombre de neutrons) m 1 m 2B faible
B fortB v// = cte
R = m |v
0/ q B|
B fort
3 - la chambre à bulles en physique des particulesPFD: m dv/dt = q (vLB) - k v
Vitesse initialev
0selon Oy
Trajectoire incurvée en présence
de champ magnétiqueMouvement freiné par le fluide,
frottement - k v avec formation de bulles sur la trajectoire par vaporisation (la puissance dissipée - k v² provoque le changement d'état)Mesure de la vitesse initiale v
0 et de la charge q q fort ou m faible (électrons)q faible ou m fort (noyaux)v0 Ω=|q B / m| (B donné) fluideChambre de Wilson du
laboratoire Leprince Ringuet des rayons cosmiques (gerbes de particules secondaires issues de collisions entre particules galactiques et l"atmosphère).Col du Midi à 3600 m d"altitude
(massif du Mont Blanc) Ω=|q B / m|les trajectoires sont d"autant plus incurvées que la masse m est petite et la charge q grande à B donné4 - cyclotron/synchrotron: accélérateur de particules
Accélération
par un champélectrique
Déviation
par un champ magnétique½ m v
n+1²- ½ m v
n²= q DVZone de déviation par
champ magnétiqueCyclotron
B constant
Ω=q B / m constant R n= v n/ΩaugmenteSynchrotron
R = v n/Ω nconstant n= v n/R augmente B n= Ω n (m/q) augmenteZone d"accélération
par champ électrique (tension DV) vnaugmente V - Mouvement d"une particule chargée dans un champ magnétique uniforme; équation horaire Particule de charge q et de masse m à l"origine O du repère, et de vitesse initiale v0 contenue dans le plan
(yOz), de coordonnées (0, v0cosα, v
0sinα). En t, la
particule est en M ( x(t), y (t), z(t) ). Le principe fondamental de la dynamique s"écrit: m dv/dt = q vLB, équation que l"on projette sur les 3 axes.Selon Ox: m d²x/dt² = q B dy/dt (1)
Selon Oy: m d²y/dt² = - q B dx/dt (2)
Selon Oz: m d²z/dt² = 0 (3)
(3) donne la vitesse et le mouvement selon Oz: dz/dt= v0sinα= constante, et z(t) = v
0sinαt
Le mouvement se fait à vitesse constante
(v0 sinα ) dans la direction du champ magnétique dx/dt = v0cosαsin(ωt)
dy/dt = v0cosαcos(ωt) Les deux premières équations donnent la vitesse et le mouvement dans le plan xOy:
ω= q B / m est la pulsation gyromagnétique Dans le plan orthogonal au champ magnétique, la vitesse est constante (v0 cosα x(t) = v0cosα(1 - cos(ωt)) / ω
y(t) = v0cosαsin(ωt) / ω équation de la trajectoire dans le plan xOy: (x - v0cosα/ ω)² + y² = (v
0cosα/ ω)²
C"est un cercle
de rayon R = v0cosα/ ωet centre (v
0 cosα/ ω, 0)
La trajectoire dans l"espace est une hélice de pas h dont l"axe est parallèle au champ magnétique , de vitesse de dérive constante v0 sinα , et de rayon R de giration constant h / R = 2πtan(α) et ||v|| = v0= constante
Axe q>0Axe q<0
x yz r6q quotesdbs_dbs29.pdfusesText_35[PDF] mouvement d'une particule chargée dans un champ électrique uniforme terminale s
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