Peser un électron

P eser un électron
Lucas DOUESSIN, TS ; Lisa MARISCHAEL,TS ; Emilien BASSET,TS ; Sarah SAIF 1S
Collège Lycée Expérimental d’Hérouville-Saint-Clair

Abstract
We are four students of secondary school and we worked on the theme of
“weighing an electron”.
How shall we do it? Using the esperiences of Milikan and Thomson we want to determine
the e charge, e/m ration and find the mass of the electron. To do so, we built our own
cathode ray tube and used a Millikan's machine
The electeon is one of components of the atom, it is an elemantary particle. This
subatomic particle has a negative electrical charge, and it belogs to the lepton's family.
We first build our cathode ray tube and completed many boards of equation to understand
what happened when we accelerate an electron.
Résumé
Nous sommes quatre élèves de 1s et Ts du collège lycée Expérimental d’Hérouville-
Saint-Clair à avoir travaillé sur le sujet de recherche: «peser un électron».
Comment faire ? C’est à l’aide des expériences de Thomson et Millikan que nous voulons
déterminer le rapport e/m et donc trouver la masse de l’électron. Pour ce faire, nous
avons construit notre propre canon à électron et utiliser une machine de Millikan.
L’électron est l’un des composants de l’atome. C’est une particule élémentaire chargé
négativement, appartenant à la famille des Leptons.
Nous avons construit notre propre «cathode ray tube» et remplit plusieurs tableaux de
calculs pour comprendre ce qui se passait lorsque nous accélérons des électrons.
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Sommaire
Introduction..........................................................................................page 4
I approche du problème
1) modèle de la matière.................................................................page 5
2) comment peser un électron ? …...............................................page 6
3) présentation historique..............................................................page 6
II- Millikan
1) Théorie, démonstration.............................................................page 8
2) Pratique, résultats & incertitudes..............................................page 11
III- Thomson
1) Théorie & démonstration..........................................................page 13
2) Pratique, résultats & incertitudes.............................................page 15
Conclusion..........................................................................................page 18
Sources/ Remerciement.....................................................................page 19
Annexe...............................................................................................page 20
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Introduction
Lorsque notre «chef de laboratoire» nous a fait parts des nouveaux sujets de
recherches, c'est vers la physique des particules que nous nous sommes orientés, et plus
particulièrement sur les particules élémentaires : les électrons.
L'image de l'ampoule aperçue lors de la master-classe à Orsay, nous est tout de suite
apparu. Nous avions donc eue l’idée de faire notre propre dispositif pour tenter de
répondre à la question : « Comment peser un électron ? »
Pour ce faire, nous avons réunis deux expériences historiques : la machine de Millikan et
l’expérience de Thomson. La première permet de trouver la charge de l'électron, la
seconde de faire apparaître le rapport de la charge sur la masse (e/m). Grâce à ces deux
expériences, nous pouvons arriver à la masse d'un électron.
Avant de réaliser ces expériences, nous avons vu comment approcher le problème plus
précisément, avec le modèle de la matière pour situer l’électron en tant que particule
élémentaire, comment « peser » cette particule et l'approche des expériences historiques.
Ensuite nous nous sommes penchés de manière plus approfondi sur les expériences que
nous avons réalisé, avec la théorie et nos résultats.
Enfin, nous en viendrons au incertitudes et aux analyses de nos données.
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I-approche du problème
1) Modèle de la matière
Un atome est composé d'électrons et d'un noyau, lui même composé de protons et
de neutrons (les nucléons). Ces nucléons sont eux même composé de quarks. Les
électrons et les quarks sont des particules élémentaire, c'est à dire qu'elles n'ont pas de
structures interne connu. Elles sont les premières « briques » de l'ensemble du monde.
Évidement, les quarks et les électrons ne sont pas les seules particules élémentaire, on
trouve également les photons, particules « lumière », les muons, etc ...
On peut voir ici un tableau représentant les différentes particules élémentaires :
L'électron se trouve dans la catégorie des leptons, il est un
composant essentiel de l'atome. Il gravite autour du noyau comme
ci-contre, c'est une particule électriquement négative (-1,60×10-19
C.).
L'existence de l'électron fut démontré par le physiciens Joseph J.
Thomson en 1897 par le biais d'une expérience, l'ampoule de
Thomson, dont nous nous sommes inspiré pour notre projet.
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