Particule chargée dans un champ électrique
On cherche à comprendre le mouvement d’un électron dans un champ électrique uniforme. Ce mouvement est observé dans un tube à électron, dans lequel un vide poussé a été réalisé.
Ce tube comprend :
▪ Un canon à électrons qui accélère et focalise les électrons émis par un filament chauffé
▪ Deux plaques horizontales déviatrices
▪ Un écran gradué recouvert d’une substance fluorescente qui permet de matérialiser la trajectoire.
But de l’activité : définir les signes des tensions UAB et UCD pour que l’électron soit accéléré puis dévié selon la trajectoire dessinée sur la figure.
Champ électrique uniforme :
▪ Un champ électrostatique E uniforme a même valeur, même direction et même sens en tout point de l’espace.
▪ Il peut être obtenu entre deux armatures métalliques planes P et N, séparées d’une distance d, entre lesquelles une tension UPN est appliquée. Ce champ est orthogonal aux armatures, orienté de l’armature de plus haut potentiel vers l’armature de plus bas potentiel
(sens des potentiels décroissants).
▪ Définition de la tension UPN = VP – VN où VP et VN sont les potentiels de chacune des plaques.
▪ Représentation d’une tension électrique : la flèche qui représente la tension UPN pointe vers P ; la flèche qui représenterait UNP pointerait vers N
▪ La valeur du champ électrostatique est alors
d
EUPN et s’exprime en V.m–1 si UPN est en Volt et d en mètre.
Forces électriques
▪ Une particule chargée de charge électrique q dans un champ électrostatique E subit une force électrique F telle que : F qE d’intensité
▪ Dessiner la force électrique subie par la particule de charge q dans les deux cas suivants :
P UPN>0 N D
C
□ Si q > 0 □ Si q < 0
Questions intermédiaires :
1. Indiquer dans chaque cas le vecteur champ électrique entre les plaques du condensateur :
2. Sur les schémas suivants, dessiner la force électrique subie par la particule de charge q :
3. Quelle doit le signe de la tensions UAB pour que les électrons soient accélérés de A (là où ils sont émis) vers B. Justifier par un raisonnement rigoureux.
4. Quelle doit être le signe de la tension UCD pour que les électrons soient déviés selon la trajectoire dessinée sur la figure. Justifier par un raisonnement rigoureux.
q > 0 q > 0
A UAB> B 0
U < 0
U > 0 U < 0
q > 0 U < 0
q < 0 U > 0
