Mouvement des particules chargées dans un champ électrique et magnétique Page 3/7
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4- Cas particulier : champ électrique colinéaire à la vitesse initiale
Dans le cas où le champ électrique est colinéaire à la vitesse initiale (
0
=
, on peut
rapidement déduire, en utilisant le théorème de l’énergie mécanique (ou de l’énergie
cinétique):
E
m
(A) = E
m
(B)
q.V
A
+
1
2
=
1
2
+ q.V
B
=
+
(V
A
-V
B
) >0 pour {q>0 et V
A
>V
B
} ou {q<0 et V
A
<V
B
}
Le principe fondamental de la dynamique conduit aux équations horaires :
0
q.E
ym
••
y
•
=.t + v
0
y =
.t
2
+ v
0
.t
Le mouvement de la particule chargée est alors rectiligne, uniformément accéléré (déviation
électrique nulle).
5- Principales applications
D’après les calculs précédents, l’action d’un champ électrique sur une particule chargée
permet :
- de dévier la particule chargée (oscilloscope cathodique…) ;
- d’accélérer la particule chargée (accélérateur linéaire de particule).
O
0
v
y
x
V
A
> V
B
: accélération des particules q>0
V
B
0
O
0
v
y
x
V
A
< V
B
: accélération des particules q<0
V
B
0
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II- Mouvement d’une particule chargée dans un champ magnétique uniforme
1- Présentation du système
Dans tout ce qui suit on envisagera l’étude de la trajectoire d’une particule chargée de
charge q et de masse m dans le champ magnétique uniforme et constant
z0
e.BB
=.
On étudie le mouvement de la particule chargée dans le référentiel du laboratoire supposé
galiléen.
La particule chargée est ainsi soumise :
- à son poids
=
;
- à la force magnétique de Lorentz
En prenant l’exemple d’un proton (q = e = 1,6.10
-19
C, m = 1,67.10
-27
kg) dans un champ
magnétique d’intensité B
0
= 10
-2
T, animé d’une vitesse v = 10
4
m.s
-1
on déduit les ordres
de grandeur :
26
−
=
17
−
=
2- Etude du mouvement
On se place dans le système de coordonnées cartésien dans le repère (O, ,e
x
,e
y
)e
z
.
A t = 0, la particule chargée est en O avec une vitesse initiale
0
v
.
Mouvement uniforme :
Calculons la puissance de la force de Lorentz exercée sur une particule de charge q, animée
d’une vitesse v
dans un champ magnétique uniforme
0
B
:
P
(
) = 0
La force de Lorentz ne travaille donc pas et en appliquant le théorème de la puissance
cinétique on en déduit :
c
dE
P
(
) = 0 ⇔ L’énergie cinétique de la particule chargée est une constante
⇔
= norme de la vitesse de la particule chargée est une constante
⇔ le mouvement est uniforme.
L’action d’un champ magnétique n’est pas une modification de la norme de la vitesse mais
une déviation de la trajectoire de celle-ci.
On retrouve cette action dans différentes applications telles que :
Le spectromètre de masse, le cyclotron…
Principe fondamental de la dynamique :
On écrit les vecteur vitesse et accélération du point M caractérisant la position de la
charge à un instant par :
x x
+
et
( M )
γ
=
=x
x
dv
dt
y
dv
dt
z
dv
+
Appliquant le principe fondamental de la dynamique à la particule chargée dans le
référentiel du laboratoire supposé galiléen, il vient :
magnétiqueforceladevantpoidslenégligerpeuton:FP <<⇒