1--EXPÉRIENCE. Actions Electromagnétiques: Force de Laplace et force de Lorentz. Eclipse à Chéraute

Transcription

1 1--EXPÉRIENCE A) FORCE DE LORENTZ: Action du champ magnétique sur une particule chargée. b) Observations Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 29/01/07-ActionEmagnFlaplacFlorentz.odt-Djl-Page: 1 / 9

2 2 Applications et manifestations de la Force de LORENTZ dans la nature Lorentz est un physicien néerlandais, prix Nobel en 1902 pour ses travaux sur l'électromagnétisme La télévision : d'après : Les électrons sont accélérés par un «canon à électron», puis déviés par un champ magnétique. Ils frappent ensuite la surface intérieure de l écran, recouvert d une couche de phosphore où il produisent un point lumineux légèrement rémanent (la lumière ne disparaît pas immédiatement) Des petits aimants permanents permettent un «réglage» de l image. Attention, si vous approchez un aimant puissant d un téléviseur, vous changerez le champ magnétique fourni par ces petits aimants (par aimantation à distance) et votre télévision sera irrémédiablement endommagée Spectromètre de masse (on cherche la composition atomique d un corps pur) on «éclate» la chaîne atomique et on ionise ses atomes (en fournissant beaucoup d'énergie), puis on accélère ces ions. On les dévie dans un champ magnétique et on observe leur trajectoire. On peut, connaissant la charge et la vitesse d une particule, en déduire sa masse. Et par conséquent, on en déduit la nature de l'atome, en regardant la classification périodique. Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 29/01/07-ActionEmagnFlaplacFlorentz.odt-Djl-Page: 2 / 9

3 Cyclotron et autres accélérateur de particules (on accélère des particules, pour des usages de recherche fondamentale en physique) On projette ces particules, protons et électrons, à des vitesses proche de celle de la lumière, sur une cible constituée d'atomes. Là encore,on utilise un champ magnétique uniforme, et connaissant le rayon du cercle on en déduit la masse de la particule. Le but de ces expériences est de connaître la composition ultime de la matière, au delà des protons, électrons et neutrons, ces morceaux de particules qu'on appelle des quarks. Ainsi on pourra peut être un jour percer les secrets ultimes de la création de l'univers. Le LCH du CERN, entre la france et la suisse, 27km de diametre Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 29/01/07-ActionEmagnFlaplacFlorentz.odt-Djl-Page: 3 / 9

4 La sonde à effet Hall Le phénomène est le suivant : Un courant I passe dans un semi-conducteur On applique un champ magnétique à ce semi-conducteur. Les charges qui participent à la conduction du courant sont déviées, Comme on a une différence de charges dans le semi-conducteur, il apparaît une tension U sur les surfaces du semi-conducteur. On va donc avoir dans le conducteur un champ électrique qui va avoir tendance à ramener les charges en sens inverse, donc un équilibre qui conduit à une tension fixe U, qui dépendra de B et de I, ainsi que de la nature du semi conducteur Cela n est pas possible avec un métal, car dans un conducteur paraît le champ électrique est nul (la différence de potentiel U est nulle) Car les charges électriques d'un métal sont très mobiles. On va ainsi pouvoir mesurer le module B de en mesurant une tension U Expérience de déviation du faisceau d'électrons d'un oscilloscope : Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 29/01/07-ActionEmagnFlaplacFlorentz.odt-Djl-Page: 4 / 9

5 Manifestations naturelles de la Force de LORENTZ: Soleil : éjection de particules, déviées par le champ magnétique du soleil. Cela donne de très jolies courbes à la couronne solaire ressemblant à une chevelure. Le champ magnétique terrestre nous protège des particules du vent solaire, Protons (p + ) et électrons(e - ) C est le champ magnétique terrestre qui permet de dévier les particules de haute énergie qui viennent du soleil(radiations nucléaires) et des étoiles (rayonnement cosmique) et rend possible la vie sur notre planète. Cet écran magnétique est actif jusqu à mi chemin entre la terre et mars! Cependant les cosmonautes des stations orbitales sont moins protégés (ils n ont pas l atmosphère) et une brusque activité du soleil pourrait les tuer! De même que cette activité pourrait aussi endommager l électronique des avions. Des sursauts d'activité du soleil peuvent créer des surtensions dans les réseaux électriques qui agissent alors comme des antennes: d'importantes différence de potentiel sont crées ce qui provoque des pannes du réseau d'alimentation en électricité. Aux pôles magnétiques, il y a un défaut dans notre cuirasse magnétique, et des particules parviennent à passer. Ces particules, piégées dans le champ magnétique terrestre traversent l atmosphère et la ionise, ce qui crée des phénomènes lumineux lorsque le soleil éclaire à peine (à l aurore).ce phénomène est l aurore boréale, Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 29/01/07-ActionEmagnFlaplacFlorentz.odt-Djl-Page: 5 / 9

6 Force de Lorentz er aurores Boréales et australes Rq: Les aurores Boréales (Nord) et australes (Sud) sont couplées. C'est à dire qu'elles fonctionnent ensemble. Les électrons responsable des aurores passent d'un pôle de la terre à l'autre en franchissant les km en quelques secondes. D'après: (universit é de liège -Belgique) Justifier le sens et la direction des vecteurs force de Lorentz F1et F2 en utilisant la règle de la main droite. Où est le pôle Sud géographique de la Terre? Justifier. Lignes de champ magnétique B M au pôle terrestre. Cornet Polaire. Expliquer la trajectoire Spirale des électrons (e - ) Sur l'image ci-contre, on est au pôle Nord ou Sud géographique? Justifier en plaçant un dipôle magnétique modélisant le champ magnétique terrestre. D'après: L'aurore se produit aux environ de 100km d'altitude et le point de réflexion des particules aux environ de 1000km. Le plasma, en vert, qui crée l'aurore au niveau de l'ionosphère. Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 29/01/07-ActionEmagnFlaplacFlorentz.odt-Djl-Page: 6 / 9

7 1 Expérience du rail de Laplace : Force de Laplace et Applications. d'après : Observations 1.2 Interprétation N électrons subissent la même force de Lorentz f m =q. v B. Avec q = -e. Ces N électrons passent à travers la Section M en une durée t v (m/s), vitesse des électrons. Montrer que la force de Laplace F s'exerçant sur le conducteur, étant la somme des forces de Lorentz peut s'écrire : F= I. l B avec l(m), longueur du conducteur plongé dans B et par couru par I(A), I vecteur intensité ayant la direction du conducteur, le sens de I et I = I(A). I A = Q t =N.e. v l F = F (N) = NevB = I(A). l(m).b(t) 2 Propriétés de la Force de Laplace : Un conducteur de longueur l(m) placé dans un champ magnétique et parcouru par un courant I(A), est soumis à une force de Laplace : F dont la norme,f = I(A).l(m).B(T).sin ; Avec = I(A), B ; F maximale pour = F est perpendiculaire au plan I(A), B Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 29/01/07-ActionEmagnFlaplacFlorentz.odt-Djl-Page: 7 / 9

8 3 Applications 3.1 Le moteur électrique Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 29/01/07-ActionEmagnFlaplacFlorentz.odt-Djl-Page: 8 / 9

9 3.2 Une Machine alternative: La machine synchrone, Moteur synchrone en récepteur et Alternateur en Génératrice. Appliquer la règle de la main droite pour retrouver le sens du couple de Forces de Laplace F. A partir de l'exposé des 1ère EL , Gomes,Labalestra, Laulhe. (Schéma de Principe ) Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 29/01/07-ActionEmagnFlaplacFlorentz.odt-Djl-Page: 9 / 9