Question de TP - Enseignement des Sciences Physiques en CPGE

Mouvement d’une particule chargée dans un champ :
Mouvements de particules puis de gouttelettes chargées
Question de cours :
Un électron et un proton de même énergie cinétique décrivent des trajectoires circulaires dans un
champ magnétique uniforme.
Comparer :
- leur vitesse ;
- le rayon de leur trajectoire ;
- leur période.
Approfondissement :
On disperse un brouillard de fines gouttelettes sphériques d’huile, de masse volumique
ρh = 1,3.103 kg.m-3, dans l’espace séparant les deux plaques horizontales d’un condensateur plan,
distantes de d = 2.10-2 m. Les gouttelettes sont chargées négativement et sans vitesse initiale.
Toutes les gouttelettes ont un même rayon R mais pas forcément la même charge q < 0. En l’absence de
champ électrique ⃗ , une gouttelette est soumise à son poids (g = 9,81 m.s-2), à la poussée d’Archimède de
l’air ambiant de masse volumique ρa = 1,3 kg.m-3 et à une force de frottement visqueux
⃗ , avec
-4
k = α.R et α = 3,4.10 S.I.
1. Mouvement en l’absence de champ électrique.
a. Déterminer la vitesse limite ⃗⃗⃗⃗ .
b. Déterminer l’expression de la vitesse des gouttes ⃗
caractéristique τ.
. On fera apparaître un temps
c. On mesure v0 = 2.10-4 m.s-1.
Déterminer la valeur de k.
2. On applique une différence de potentiel U = V2 – V1 de manière à avoir un champ électrique ⃗
dirigé vers le bas.
a. Déterminer l’expression de ⃗ .
b. Une gouttelette est immobilisée pour U = 3 200 V.
Calculer la charge q.