A5: Mouvement d'une particule chargée dans un champ magnétique uniforme a Force de Lorentz 1) Définition Une charge q qui se déplace avec une vitesse
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Dans un référentiel galiléen, une particule de charge q et de vitesse v C est soumise à quelconques, pas nécessairement uniformes ou stationnaires Chapitre 6 : Mouvement d'une particule chargée dans un champ électromagnétique
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A5: Mouvement d'une particule chargée dans un champ magnétique uniforme a Force de Lorentz 1) Définition Une charge q qui se déplace avec une vitesse
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Particule chargée dans un champ magnétique: pulsation et rayon de giration Equations horaires du mouvement d'une charge dans un champ magnétique constant Conséquence pour un champ magnétique uniforme et constant
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des champs électriques et magnétiques Il y analogie avec un point matériel dans le champ de pesanteur supposé uniforme : gm dt vd m о о = soit g dt vd о о = Par conséquent, le mouvement d'une particule dans le champ 0 E On considère une particule chargée ponctuelle M (+ q) de masse m en mouvement dans un
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Lycée Hoche – Janvier 2011 – Lionel Jannaud 1 Mouvement d'une particule chargée dans un champ électrique et/ou magnétique uniforme et permanent
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La force électrique fait varier la norme de la vitesse Dans les accélérateurs de particules, le rôle accélérateur est toujours joué par la composante électrique du
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1reBC A5 Mouvement d'une particule chargée dans un champ magnétique uniforme 1
1) Définition
Une charge q qui se déplace avec une vitesse
v dans un champ magnétique caractérisé par le vecteur B subit une force magnétique appelée force de Lorentz f m donnée par : Bvqfm mf est le produit vectoriel de q v par B2) Caractéristiques de la force de Lorentz
direction : perpendiculaire au plan formé par vq et B sens : déterminé par la règle des trois doigts de la main droite (cf. figure) norme : sinqvBfm avec: q est la charge (C) v est la vitesse de la charge (m/s) B est l'intensité (la norme) du vecteur champ magnétique (T) est l'angle formé par vq et B3) Attention
Si q < 0 alors
qv est de sens opposé à la vitesse v1reBC A5 Mouvement d'une particule chargée dans un champ magnétique uniforme 2
b. Etude cinématique dans le cas où la vitesse initiale est perpendiculaire au champ magnétique1) Système étudié :
A l'instant initial t = 0, une particule de masse m et de charge électrique q>0 pénètre en O
avec la vitesse 0v dans une région de l'espace où règne un champ magnétique uniforme BOn suppose que
0v est perpendiculaire à B Nous étudions le mouvement de la particule à l'intérieur du champ uniquement.Le référentiel est celui du dispositif qui crée le champ magnétique (bobines de Helmholtz).
On utilise la base de Frenet (
T N ) liée à la particule, complétée par le vecteur unitaire k fixe et perpendiculaire au plan formé par T et N = 0.2) Forces et accélération
Force de Lorentz :
BvqfmLe poids
P est négligeable devant fm le videLa relation fondamentale de la dynamique
amBvq&& Bvm qa&&Projections sur les directions de
k T et N 0ak 0aT m vBqaN1reBC A5 Mouvement d'une particule chargée dans un champ magnétique uniforme 3
3) Etude du mouvement
* (1): k kkdva 0 v constantdt = v0k = 0Donc il n'y a pas de mouvement suivant
k Le mouvement est plan. Il s'effectue dans un plan perpendiculaire à B , contenant la vitesse initiale 0v * (2): TTTdva 0 v v constantdt
Le mouvement est uniforme.
* Comme la coordonnée normale de l'accélération s'écrit toujours 2vaN ( ȡ= rayon de courbure du cercle tangent), on a grâce à (3) : m vBq2 U v Bq mvU m, v, q et B sont constants ȡest constant !Le mouvement est circulaire.
Une particule chargée entrant dans un champ magnétique avec une vitesse Le rayon de la trajectoire est donné par l'expression : Bq mvR (4)4) Propriétés :
La force de Lorentz
fm est centripète. C'est elle qui est à l'origine du mouvement circulaire et uniforme !Contrairement à la force électrostatique, la force magnétique de Lorentz ne travaille pas et ne