Rayon cathodiques : vitesse et rapport m/e
Consigne
individuel puis mise au point en petit groupe (30 min)Dans un type d’expérience réalisé par Thomson (voir documents [thomson-1.pdf] et [thomson-2.pdf]) l’objectif est de déterminer la vitesse et le rapport m/e dans l’hypothèse où les rayons cathodiques sont des « particules » chargée négativement.
Comment fait-il ?
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Situation 1 : déviation par un champ électrostatique
Les particules de charge négative entre, avec une vitesse initiale , dans le champ électrostatique uniforme créé par deux plaques horizontales A et B (de longueur l) soumises à une tension UAB positive.
La force électrostatique subie par une charge q dans un champ est donnée par la relation = q
On peut effectivement vérifier que : ≈ F e m
l v2
La mesure de permettra donc de déterminer m/e, à condition de connaître la vitesse v (voir situation 2).
Note : la trajectoire dans le champ électrostatique uniforme est une parabole ; alors la tangente à la trajectoire à la sortie du champ passe par le point M d’abscisse l/2.
Situation 2 : champ électrostatique
et champ magnétique B
On superpose au champ électrostatique un champ magnétique de façon à annuler la déviation des rayons cathodiques autrement dit les deux forces, électrique et magnétique, s’annulent.
Note : on rappelle que la force magnétique F subie par une particule chargée en mouvement à la vitesse V dans un champ magnétique B s’exprime par (loi de Lorentz) :
= q ꓥ (produit vectoriel) avec q = - e (charge négative de l’électron)
