II.B.7) OnconsidèrelestrajectoirescirculairesdansleréférentielR′quisontcontenuesdansun plan or-
thogonal au champmagnétiqueþ
B1.Montrerquelerésultat précédentpermetdeprédirel’existence,dansR,
demouvementscirculairesdesensopposésetdepulsationsω+etω−(on choisiraω+>ω−>0)etdonner
l’expression de cespulsationsenfonction deω0etω1.Représenterdansleplan 0xycestrajectoiresen précisant
danschaque cas les sensdeparcours.
II.B.8) OnconsidèrelestrajectoirescirculairesdansleréférentielR′quisontcontenuesdansun plan contenant
le champmagnétiqueþ
B1(on peutpar exempleprendredestrajectoiresdansleplan Ox′z′).On notealerayon
delatrajectoire.Déterminerl’expression descoordonnéesx′(t)etz′(t)enfonction deaetω0.Montrerque,
dansR, lemouvementpeutsevoircommelasuperposition d’un mouvementsinusoïdal selon Ozetdedeux
mouvementscirculairesdansleplan Oxy,donton préciseralescaractéristiques.
II.B.9) Onconsidère enfin le cas d’unetrajectoire circulairedansR′dansun plan dontlanormalefait
avec l’axeOz′un angleαquelconque.Décrirequalitativementl’évolution,dansleréférentielR,du plan dela
trajectoire etpréciseren particulierlasurfacedécritepar levecteurþ
L′(O)=−−→
OM∧mþv′.Montrerquedansle
cas du mouvementcirculairequelconquedansR′,on peut toujoursdécomposerlemouvementdansRen deux
mouvementcirculairesetun mouvementrectilignedepulsationsdifférentesquel’on précisera.
II.C–Aspecténergétique
Danscettesouspartie,on seplacedansleréférentielRgaliléeneton considèrequel’électron soumisàlaforce
þ
Fetplacé éventuellementdansle champmagnétiqueþ
B1aunetrajectoire circulairedansleplan Oxyàla
pulsation ω(àpriori iciquelconque).
II.C.1) Variation d’énergiemécanique
a)Déterminerl’expression del’énergiepotentielleEpassociée àlaforce þ
F.
b) En déduirel’expression del’énergieE=Ec+Epdel’électron dansle cas particulierdu mouvementcirculaire
depulsation ωenfonction dem,ωetk.
c) Onconsidèrel’évolution delatrajectoired’un électron entreunerotation circulaireuniformeàω0dansle
plan Oxyenl’absence de champmagnétique etunerotation circulaireuniformeàω+=ω0+ω1/2dansleplan
Oxyen présence du champmagnétiqueþ
B1.Onsupposeω1≪ω0.Calculerl’expression approchée delavariation
relative∆E/E del’énergieEentre cesdeuxétats.Onexprimeralerésultat enfonction ω0etω1uniquement.
d)Cettevariation d’énergiepeut-elleavoirété causée par laforce dueau champmagnétique?Justifierbriève-
ment.
e) Proposerune explication qualitativedescausesde cettevariation d’énergie.
II.C.2) Étudedu régimetransitoire
Ons’intéresseiciàl’évolution du champmagnétiquedanslequelestplacél’atome.On noteþ
B=B(t)þezla
valeurinstantanée du champmagnétique,B(t)variantde0àB1.Onconsidèreque ce champestuniforme.On
cherchel’expression du potentielvecteurþ
Aduqueldérivele champmagnétique.Onseplace encoordonnées
cylindriquesd’axeOz(cffigure6)eton impose,d’unepartlanullitédu potentielsurl’axe etd’autrepart, la
relation dejauge deCoulomb divþ
A=þ
0.
a)Préciserlesdépendancesencordonnéesde chaque composantedu potentielvecteur.
b) Déterminerl’expression deþ
A.
Onsupposequel’établissementdu champmagnétiqueBestsuffisammentlentpourquel’évolution dela
trajectoired’un électron surunepériodesoitfaible etquel’on puisse considérercelle-ciquasicirculaire.On
supposerademêmequelemomentcinétique enOdel’électron variepeulorsdel’établissementdu champ,de
sortequ’on pourra à toutinstantle confondreavec lemomentcinétiqueinitial.
c) Montrerquelaquantitérvpeutalorsêtre considérée constante.On noteraCcettevaleur.
d)Déterminerletravail infinitésimal reçu par un électron pendantdtlorsdel’établissementdu champmagné-
tique,dû auxforcesautresquel’attraction électrostatique exercée par l’atome.
e) En déduirel’expression du travailtotal Wde cesforceslorsdel’établissementdu champetexprimerWen
fonction dee,CetB1.
f)Comparerl’expression deWàlavariation ∆Ed’énergiemécaniqueobtenueprécédemment.Commenter.