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1 TS Cours Physique Chap 1 Particules chargées dans un champ ...

Ex1. Par définition de la masse, le potentiel électrique V(P2) = 0 V. ... Principe : d ans un cyclotron, les particules placées dans un champ magnétique ... Compléter le schéma de principe du spectromètre à l'aide des mots suivants : électrique ...




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TS Cours Physique
Chap 1 Particules chargées dans un champ électrique ou magnétique


Dans ce chapitre, nous allons approfondir nos connaissances de l’année dernière concernant les champs électrique et magnétique. Plus précisément, nous nous intéresserons aux mouvements des particules chargées (protons, électrons, ions…) dans un champ électromagnétique. Cette étude nous permettra d’évoquer des applications modernes comme les accélérateurs de particules (LHC au CERN), les spectromètres de masses (wassisdas ?), les pièges à antimatière (si si !) et de revenir sur les aurores polaires pour comprendre plus en détail ce phénomène naturel spectaculaire…



Quelques dispositifs utilisant des champs électriques ou magnétiques


Champs électriques

Expérience










Observation : le spot d’électron est ……………….

Conclusion :
un champ …………………..……… permet de ……………………... des particules chargées.L’oscilloscope 
Compléter le schéma de principe de l’oscilloscope à l’aide des mots suivants : spot / canon à électrons / faisceau d’électrons / écran / condensateur plan





















Le condensateur plan P1P2 permet la déviation verticale du faisceau d’électrons correspondant à l’axe des tensions (O, Y)
Le condensateur plan P’1P’2 permet la déviation horizontale du faisceau d’électrons correspondant à l’axe des temps (O, X)


Ex1. Par définition de la masse, le potentiel électrique V(P2) = 0 V.
Représenter le sens du champ électrique créé par le condensateur plan P1P2 dans le cas où V(YA) > 0
Représenter alors le sens de la déviation du spot d’électrons sur l’écran

Conclusion :
Dans un oscilloscope, la déviation du ………………………….……..….. d’électrons est assurée par des champs électriques orthogonaux entre eux produits par des ……………………………………….…………………



Champs magnétiques

Expérience










Observation : le spot d’électron est ………………

Conclusion :
un champ …………………..……… permet de ……………………... des particules chargées.Retour au siècle dernier : le téléviseur cathodique
Compléter le schéma de principe d’un téléviseur cathodique à l’aide des mots suivants : écran / canon à électrons / bobines de déviation / faisceau d’électrons




















Le spot d’électrons balaie les 625 lignes de l’écran (1 image) et ce, 25 fois par seconde.

Conclusion :
Dans un téléviseur cathodique, la déviation du ……………………..… d’électrons est assurée par des champs magnétiques produits par des ………………………………..
……………………………………



Associations de champs électriques et magnétiques

Un accélérateur de particules : le cyclotron
Le cyclotron est le premier accélérateur de particule inventé par E.O. Lawrence en 1931.

Principe : dans un cyclotron, les particules placées dans un  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Champ_magn%C3%A9tique" \o "Champ magnétique" champ magnétique constant suivent une trajectoire en forme de spirale et sont accélérées par un  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Champ_%C3%A9lectrique" \o "Champ électrique" champ électrique alternatif. Le sens du  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Champ_%C3%A9lectrique" \o "Champ électrique" champ électrique s’inverse à chaque demi-tour ce qui accélère les particules à chaque passage.
Compléter le schéma de principe du cyclotron à l’aide des mots suivants : cible / zone de déviation / tension sinusoïdale / zone d’accélération


























Ex2. Les particules chargées sont émises au centre du cyclotron avec une vitesse négligeable.
Représenter le sens de la force électrique accélératrice
En déduire la nature > 0 ou < 0 de la charge des particules

Applications : un cyclotron est un accélérateur de particules de taille minime : de l'ordre de 6 m3. Il permet la production d' HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Isotope" \o "Isotope" isotopes  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Radioactif" \o "Radioactif" radioactifs, et en particulier d’oxygène 15 (15O), de carbone 11 (11C), d’azote 13 (13N), et de fluor 18 (18F), utilisés notamment en médecine. Les isotopes sont obtenus par l' HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Irradiation" \o "Irradiation" irradiation d'une cible avec les  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Proton" \o "Proton" protons accélérés par le cyclotron. Le fluor 18 (isotope à demi-vie courte : 109 minutes) permet de fabriquer du fluorodésoxyglucose (FDG), un sucre radioactif inutilisable par la cellule, qui va s'accumuler préférentiellement dans les zones cancéreuses, fortes consommatrices de glucose. Une  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Tomographie_%C3%A0_%C3%A9mission_de_positons" \o "Tomographie à émission de positons" tomographie à émission de positons (TEP) permettra de détecter de façon particulièrement fine certains cancers puis de les traiter à des stades très précoces.
Animation :  HYPERLINK "http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Meca/Charges/cyclotron.html" http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Meca/Charges/cyclotron.html

Autre accélérateur de particules : le synchrotron
Compléter le schéma de principe du synchrotron à l’aide des mots suivants : électrique / électroaimants / magnétique / cavités accélératrices





 Applications : obtention de particules ultra relativistes (v ( c) de très hautes énergies et du « rayonnement synchrotron ».
Les applications concernent des domaines très variés, allant de la chimie et la physique fondamentales, à l'analyse de matériaux archéologiques ou d'organismes microscopiques. Elles peuvent également être employées à des fins industrielles.

Rem : le LHC au CERN de Genève
Construit dans le tunnel de 3 mètres de diamètre et de 27 km de long, foré sous la plaine  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Lac_L%C3%A9man" \o "Lac Léman" lémanique entre  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Gen%C3%A8ve" \o "Genève" Genève et le  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Massif_du_Jura" \o "Massif du Jura" Jura, passant sous le  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Pays_de_Gex" \o "Pays de Gex" pays de Gex, à une profondeur moyenne de 100 mètres (entre 50 et 175 mètres), le LHC est d'abord un accélérateur-collisionneur circulaire de protons (protons contre protons). Le dispositif utilise la technologie du  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Synchrotron" \o "Synchrotron" synchrotron. Les 2 faisceaux de particules sont accélérés en sens inverse par le champ électrique à très haute fréquence des cavités accélératrices et des  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Klystron" \o "Klystron" klystrons. Ils tournent dans deux tubes jumelés où règne un  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Vide" \o "Vide" ultravide, insérés dans un même système magnétique supraconducteur refroidi par de l'hélium liquide. Des aimants additionnels sont utilisés pour diriger les faisceaux aux quatre points d'intersection où des collisions permettront des interactions entre les particules.

Le spectromètre de masse
C’est un dispositif d' HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Chimie_analytique" \o "Chimie analytique" analyse permettant de détecter et d'identifier des molécules par mesure de leur masse, et de caractériser leur structure chimique.

Principe : les molécules sont vaporisées puis ionisées. Les ions produits sont accélérés par un champ électrique puis déviés par un champ magnétique. Le diamètre d de la trajectoire dépend de la masse et de la charge de l’ion. Les particules chargées peuvent ainsi être séparées et identifiées. Compléter le schéma de principe du spectromètre à l’aide des mots suivants : électrique / chambre de déviation / magnétique / chambre d’accélération





















Application : la spectrométrie de masse est utilisée dans pratiquement tous les domaines scientifiques : physique, astrophysique, chimie en phase gazeuse, chimie organique, dosages, biologie, médecine, océanographie…

Action d’un champ électrique uniforme sur une particule chargée (PC)


Accélération d’une PC initialement au repos

Force électrique et poids

Ex3. L’atome d’hydrogène
Rappeler les expressions des intensités des forces d’attraction électrique et gravitationnelle s’exerçant entre l’électron et le proton d’un atome d’hydrogène. (formules de Newton et de Coulomb)
Calculer le rapport des intensités de ces 2 forces. Dépend-il de la distance de l’électron au proton?
Données: charge élémentaire e = 1,6*10-19 C, distance proton/électron # 0,53 A, me- = 9,1*10-31 kg et mp = 1836 me-
G = oups….. et 1/4pðeð0 = ouh la la !














Généralisation :
Le poids d une particule chargé est toujours & & & & & & & & & & & ..& .. par rapport à la force électrique.


Mouvement de la PC










Une PC de masse m et de charge électrique q > 0 est produite avec une vitesse négligeable au point O pris comme origine du mouvement.
Faire l’étude complète : établir l’équation horaire du mouvement pour trouver l’expression de la vitesse de sortie du condensateur vA de la PC en fonction de m, q, E et d

Syst : Ref :


 EMBED Equation.3  : C.I :


PFD :










Ex4. Appliquer le TEC pour trouver l’expression de l’énergie cinétique que la PC a acquise à la sortie du condensateur.



Généralisation :
Une particule au repos de charge q soumise à la tension U > 0 acquiert l’énergie cinétique …………………………………

Rem : définition d’une unité d’énergie microscopique : l’électronvolt
L’électronvolt est l’énergie cinétique acquise par un électron initialement immobile sous une tension accélératrice de 1 V. C’est une unité d’énergie très pratique pour les particules. eV = 1,6*10-19 Jénergie d’ionisation de l’atome d’hydrogène : 13,6 eV
énergie cinétique des particules dans le 1er cyclotron de Lawrence : 80 keV = 80*103 eV
énergie de liaison du noyau d’4He : 28 MeV = 28*106 eV
énergie libérée par la fission d’un atome d’235U : 0,20 GeV = 0,20*109 eV
énergie cinétique des protons du LHC = 1,18 TeV = 1,18*1012 eV



Déviation d’une PC par un champ électrique uniforme ( EMBED Equation.3  (  EMBED Equation.3 )

Expérience










Observation :
La trajectoire des électrons est une …………………………………………….. entre les armatures du condensateur
Mouvement de la particule
Une PC de masse m et de charge q > 0 arrive avec une vitesse initiale  EMBED Equation.3 (  EMBED Equation.3  au point O pris comme origine du mouvement.
Faire l’étude complète : établir les 3 équations horaires du mouvement, l’équation de la trajectoire et l’expression de la vitesse de sortie du condensateur vA de la PC en fonction de v0, m, q, E et l



















Syst :

Ref :

 EMBED Equation.3  : (à dessiner)

C.I :

Equations horaires 

PFD :






Les équations horaires précédentes montrent que :
(3’’) : z = 0 ( Le mouvement s’effectue dans le ………………….. (O,x,y) c’est-à-dire le plan vertical contenant le vecteur  EMBED Equation.3 
(1’) : vx = v0 = cte ( Le mouvement sur l’axe (O,x) est donc ……………………………………………
(2) : ay= qE/m = cte ( Le mouvement sur l’axe (O,y) est donc ……………………………………………………….

Equation de la trajectoire : elle s’obtient en éliminant le temps entre les équations (1’’) et (2’’) 





Vitesse de sortie :







Conclusion : Le mouvement d’une particule chargée dans un champ électrique uniforme et indépendant du temps est une portion de ……………………………..… s’effectuant dans le plan contant le vecteur ………...
Animation :  HYPERLINK "http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Meca/Charges/q_dans_E1.html" http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Meca/Charges/q_dans_E1.html


Déviation et déflexion électriques

A la sortie du condensateur, la PC n’est soumise à aucune force (poids négligé), d’après le Principe d’Inertie son mouvement est …………………………………………………………………….. Alors vA’ = vA
La trajectoire et alors rectiligne de direction celle de  EMBED Equation.3  faisant un angle að ðavec l horizontale.


Définition : L angle að entre les vecteurs  EMBED Equation.3 et  EMBED Equation.3 est la & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & subie par la particule
Sur la figure : tan að =  EMBED Equation.3 = & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &


Définition : La distance IA = Y sur l écran est la & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & subie par la particule

D après une propriété de la parabole, le point C se situe au milieu du segment [OH], d où tan (ACH) = tan að = & & & & & &

Exprimer la déflexion Y en fonction de v0, m, q, l , D, d et U > 0 (tension à l’origine du champ électrique)








Conclusion :
La déflexion électrique est ……………………………………… à la tension appliquée sur les plaques de déviation
Action d’un champ magnétique uniforme sur une particule chargée (PC)


Expérience














Observations :
Lorsque  EMBED Equation.3  //  EMBED Equation.3  : la trajectoire des électrons n’est pas …………………………………… : c’est une …………………..
Lorsque  EMBED Equation.3  (  EMBED Equation.3  : la trajectoire des électrons est un ……………………………… tangent à  EMBED Equation.3 
Lorsque  EMBED Equation.3  est quelconque par rapport à  EMBED Equation.3  : la trajectoire des électrons est une ………………………………
Rem : dans le cas 2 où  EMBED Equation.3  (  EMBED Equation.3  , les électrons ne sont pas attirés par les sources du champ magnétique (bobines), contrairement au champ électrique où les plaques du condensateur attiraient les électrons (voir paragraphe II. 2. a.)



La force magnétique


La formule de Lorentz

A partir de l’activité « à la recherche de la force magnétique », nous admettrons que :
La force magnétique  EMBED Equation.3 s’exerçant sur une particule de charge q, de vecteur vitesse  EMBED Equation.3 et soumise au champ magnétique  EMBED Equation.3 est :  EMBED Equation.3  symbolise le « produit vectoriel »

Rem :  EMBED Equation.3 =  EMBED Equation.3  si  EMBED Equation.3 =  EMBED Equation.3  : contrairement à un champ électrique, un champ magnétique n’a pas d’effet sur une particule chargée ……………………………………….. 


La règle des 3 doigts de la main droite









Le pouce montre le sens de EMBED Equation.3 
L’index montre le sens de EMBED Equation.3 
Le majeur donne alors le sens de  EMBED Equation.3  ( au plan formé par  EMBED Equation.3  et  EMBED Equation.3 

ATTENTION !
 EMBED Equation.3 =  EMBED Equation.3  possède le même sens que  EMBED Equation.3  si q ……………… et le sens contraire si q ……& & & & & &  Exercice :  HYPERLINK "http://www.ac-nice.fr/physique/doc/applets/champsBE/exer.htm" http://www.ac-nice.fr/physique/doc/applets/champsBE/exer.htm
Norme de  EMBED Equation.3 







Soit að l angle formé par les vecteurs  EMBED Equation.3  et  EMBED Equation.3 
Le vecteur  EMBED Equation.3  est toujours ( au plan formé par  EMBED Equation.3  et  EMBED Equation.3 
Sa norme vaut : v.B.sinað

Doù :
Fm = %q%. v . B . sinað
Rappeler les unités des grandeurs intervenant dans la formule :  & & & & & & & & & & & ..
Rem : * Si  EMBED Equation.3  //  EMBED Equation.3  : að = & & & & ( sinað = & & & & et Fm = & & & & & &
* Si  EMBED Equation.3  (  EMBED Equation.3  : að = & & & & ( sinað = & & & & et Fm = & & & & & & & .


Déviation d une PC par un champ magnétique uniforme ( EMBED Equation.3  (  EMBED Equation.3 )

Caractéristiques du mouvement

Une PC de masse m et de charge q > 0 arrive dans une région (grise) où règne un champ magnétique sortant (vers le lecteur) avec une vitesse initiale  EMBED Equation.3 (  EMBED Equation.3  au point O pris comme origine du mouvement.






























Syst :

Ref :

 EMBED Equation.3  : (à dessiner)

C.I :
















PFD :
Représenter la force magnétique aux points O, M et A
Le vecteur accélération est-il constant ?



Ainsi, une étude dans un repère cartésien (O, x, y) pour déterminer des équations horaires et une équation de trajectoire n’est pas possible…. On doit donc utiliser la base de Frenet. Mais pour cela on doit démontrer que le mouvement est plan.
Mouvement plan :



Mouvement uniforme :



Mouvement circulaire : trouver l’expression du rayon R de la trajectoire en fonction de m, q, v0 et B










Conclusion : Le mouvement d’une particule chargée dans un champ magnétique uniforme et indépendant du temps est ………………. , …………………………. et ……………………………. de rayon R = ………………………

Rem1 : Le mouvement est uniforme mais l’accélération n’est pas nulle (elle est normale à la trajectoire) car la direction du vecteur vitesse varie…
Rem2 : Dans un exercice, pour trouver la concavité de la trajectoire, on utilise le fait que  EMBED Equation.3 (comme  EMBED Equation.3 ) est dirigée vers l’intérieur de la concavité.

Animation :  HYPERLINK "http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Meca/Charges/q_dans_B2.html" http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Meca/Charges/q_dans_B2.html


Propriété du champ magnétique

Ex5. Appliquer le TEC entre les points O et M et compléter la conclusion suivante :




Conclusion :
Un champ magnétique uniforme et indépendant du temps ne permet pas de communiquer de …………………………… à des particules chargées. Il n’a aucun effet sur leur énergie cinétique.


Déviation et déflexion magnétiques

A la sortie du champ magnétique, la PC n est soumise à aucune force (poids négligé), d après le Principe d Inertie son mouvement est & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .. Alors vA = vA= v0
La trajectoire et alors rectiligne de direction celle de  EMBED Equation.3  faisant un angle bð ðavec le vecteur  EMBED Equation.3 .


Définition : L angle bð ðentre les vecteurs  EMBED Equation.3 et  EMBED Equation.3 est la & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & subie par la particule

Sur la figure :


Si la déviation est petite :

Définition : La distance IA = Z sur l écran est la & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & subie par la particule

Sur la figure, tan að = & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &

Si la déviation est petite : tanbð ( bð

Exprimer la déflexion Z en fonction de v0, m, q, l , D et B > 0


Or, si le champ magnétique est obtenu par des bobines de déflexion, son intensité est proportionnelle à l’intensité du courant qui parcourt les bobines : B ( I

Conclusion :
La déflexion magnétique est ………………………………….……… à la l’intensité du courant dans les bobines de déflexion 



Résumé

Un champ électrique et un champ magnétique ont des effets très différents sur une particule chargée :

Un champ électrique peut communiquer de l’énergie cinétique à une PC même immobile, et peut dévier une PC dans une direction // au champ
Un champ magnétique ne peut pas communiquer d’énergie cinétique à une, mais peut dévier une PC non immobile dans une direction ( au champ



Particules cosmiques et aurores polaires

Les aurores polaires (« boréales » dans l’hémisphère nord et « australes » dans l’hémisphère sud) correspondent à des manifestations lumineuses spectaculaires qui ont lieu près de pôles. Elles s’expliquent par le mouvement des particules chargées de la haute atmosphère dans le champ magnétique terrestre.
Essayons de comprendre un peu mieux ce phénomène.Mouvement d’une PC dans un champ magnétique uniforme lorsque  EMBED Equation.3  n’est pas ( à  EMBED Equation.3 















Une PC de masse m et de charge q > 0 arrive dans une région où règne un champ magnétique avec une vitesse initiale  EMBED Equation.3 non (  EMBED Equation.3  au point O pris comme origine du mouvement.
On choisit un repère tel que :  EMBED Equation.3 = B. EMBED Equation.3  (dirigé suivant l’axe (O, z)

Syst : Ref :  EMBED Equation.3  :  inchangés

On décompose  EMBED Equation.3 =  EMBED Equation.3 // +  EMBED Equation.3 (
avec  EMBED Equation.3 // : composante de EMBED Equation.3  suivant (O,z)
et  EMBED Equation.3 (: composante de EMBED Equation.3  dans le plan (x,O,y) (  EMBED Equation.3   PFD :

Projection sur le plan (x,O,y) :

On retrouve les résultats précédents avec v0 = v0( (mouvement ……………………………………………………………)

Projection sur l’axe (O,z) :
Or  EMBED Equation.3 // //  EMBED Equation.3  donc  EMBED Equation.3 // = m.  EMBED Equation.3 // =  EMBED Equation.3  = ………… d’où  EMBED Equation.3 // = ………. =  EMBED Equation.3 // et v // = ………….
La projection du mouvement sur (O,z) est un mouvement …………………………………………………………

Le mouvement global de la PC est la combinaison d’un mouvement circulaire uniforme dans le plan (x,O,y) et d’un mouvement rectiligne uniforme suivant l’axe (O,z) : c’est donc un mouvement ………………………………………………….


Notion de champ magnétique non uniforme


Mouvement de dérive
On sépare l’espace en deux régions où règnent deux champs magnétiques  EMBED Equation.3 et  EMBED Equation.3 de même direction, de même sens (perpendiculaire à la feuille et rentrant) mais d’intensité différente : B1 `" B2
On suppose B2 > B1

Une PC de masse m et de charge q > 0 se déplace dans cet espace avec une vitesse initiale  EMBED Equation.3  (  EMBED Equation.3 et  EMBED Equation.3 
Ainsi, lorsqu elle passe d une région à l autre, le champ magnétique n’est pas uniforme puisqu’il varie en intensité…
D’après l’étude précédente la particule possède un mouvement circulaire uniforme dans chaque région

Mais si B2 > B1, alors R2 ………. R1. Représenter la trajectoire de la PC sur le schéma précédent.

la trajectoire n’est donc pas fermée et la particule est entrainées à travers l’espace dans une direction perpendiculaire à la direction de variation de  EMBED Equation.3 , et dans le sens de l’augmentation de l’intensité de  EMBED Equation.3 . C’est ce qu’on appelle le « mouvement de dérive »

Dans le cas plus général où  EMBED Equation.3 n’est pas (  EMBED Equation.3 , ce mouvement de dérive incline l’axe de l’hélice. A représenter à droite.  HYPERLINK "http://surendranath.tripod.com/Applets.html" http://surendranath.tripod.com/Applets.html  HYPERLINK "http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Meca/Charges/general.html" http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Meca/Charges/general.html


Miroirs magnétiques
 EMBED Equation.3 ……….. si B ( c’est-à-dire lorsque les lignes de champ se resserrent.
On peut montrer que v( ( si B (. Cela vient du fait que le flux du champ magnétique se conserve….mais c’est hors programme !
Donc la particule tourne plus vite lorsque les lignes de champ se resserrent.

Mais puisque qu’un champ magnétique ne peut pas faire varier la vitesse d’une PC, v = cte ( v2 = v( 2 + v// 2 = cte
Donc v// ( si v( ( lorsque B ( : le pas de l’hélice se resserre.

Lorsque v// = 0, la particule effectue une trajectoire circulaire instable. En pratique, elle repart en arrière. (A représenter sur le schéma).Conclusion : Un champ magnétique dont l’intensité croit tend à agir comme un réflecteur de particules chargées ou « miroir magnétique » (sans contact).

Rem : Ce genre de dispositif est utilisé en physique des plasmas pour emprisonner des particules ionisées où en physique des particules pour « piéger » l’antimatière (puisqu’on ne peut pas la contenir dans un récipient constitué de matière ordinaire…sinon Boum !)


Application aux aurores polaires

Aristote les décrivait comme des « déchirures du ciel nocturne derrière lesquelles on voit des flammes »….
Ces spectacles lumineux fascinent encore aujourd’hui même s’ils ne nous effraient plus depuis Galilée et la 1ère interprétation scientifique.

Rappel : la Terre se comporte (à peu près) comme un aimant droit, le pôle nord géographique se comportant comme un pôle sud magnétique. L’axe magnétique ne coïncide pas exactement avec l’axe de rotation de notre planète.




Interprétation :
Des particules chargées (e-, p+…) provenant de la désintégration des neutrons présents dans la haute atmosphère par le rayonnement cosmique très énergétique (vent solaire), peuvent se diriger vers la Terre et se faire happer par son champ magnétique.
Certaines vont décrire une trajectoire spiroïdale le long des lignes de champ. Puisque celles-ci se resserrent lorsqu’on s’approche des pôle de la Terre (BT () %&'(8Xbcdefg
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Ces deux mouvements combinés « piègent » les particules (quelques semaines en moyenne) pour former ce qu’on appelle les « ceintures de Van Allen » (il y en a deux vers 200 km d’altitude et à plus de 1000 km).
Par collision entre elles, ces particules chargées peuvent être éjectées de leur piège en direction de la Terre. Elles peuvent alors entrer en collision avec les composants neutres de l’atmosphère (molécules O2, N2…) et les exciter. La désexcitation de ces composants dans le domaine visible produit ces aurores polaires colorées et sont souvent accompagnées de perturbations magnétiques (transmissions radio …)


Rem : la couleur jaune-vert est associée à la désexcitation 1d ’!1s des atomes d oxygène (transition de longueur d onde 557,7 nm)









Pour en savoir plus sur les ceintures de Van Allen :  HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Ceinture_de_Van_Allen" http://fr.wikipedia.org/wiki/Ceinture_de_Van_Allen








 PAGE \* MERGEFORMAT 13


















Axe de rotation

Axe magnétique

 EMBED Equation.3 (

 EMBED Equation.3 

Variation de  EMBED Equation.3 

 EMBED Equation.3 

 EMBED Equation.3 

O

 EMBED Equation.3 //

 EMBED Equation.3 



x

 EMBED Equation.3 (

 EMBED Equation.3 

z

x

écran

y

M

I

A’

A

l

 EMBED Equation.3 

O

y

að

 EMBED Equation.3 

 EMBED Equation.3 

 EMBED Equation.3 

 EMBED Equation.3 

 EMBED Equation.3 



 EMBED Equation.3 

 EMBED Equation.3 

 EMBED Equation.3 

 EMBED Equation.3 

I

 EMBED Equation.3 

Ampoule à vide

Bobines de Helmholtz

Canon à e-

 EMBED Equation.3 

 EMBED Equation.3 

 EMBED Equation.3 



A’

l

y

d

écran

H

_ _ _ _ _ _ _

+ + + + + + +

x

I

D

 EMBED Equation.3 

A

O



 EMBED Equation.3 

Ampoule à vide

Condensateur plan

Canon à e-

_ _ _ _ _

+ + + +

d

---

--

+++

+++

x

VA

VO

O

 EMBED Equation.2 

 EMBED Equation.3 

A

Champ
…………………………..

Champ
…………………………..

………………………………………………………..

…………………………………………………….

Principe : le champ électrique alternatif dans les cavités accélératrices est synchronisé sur la fréquence de passage des particules pour les accélérer à chaque passage.
Lorsque la vitesse des particules augmente, la valeur du champ magnétique augmente en conséquence ce qui dévie davantage les particules de sorte que le rayon de leur trajectoire reste constant.

Ecran d’oscilloscope

Règle en plastique frottée (chargée électriquement)

+ + + +

………………………………………….

………………………………………….

……………………

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……………………

Ecran d’oscilloscope

aimants

N

S

N

S

(1)

(2)

……………………………………………...

……………………………………………...

……………………………………………...

…………………

…………………………………………………..

………………………………………………..

…………………………………… : assurent le guidage circulaire

………………………

………………………………………………..

…………………………………………………………

Champ …………………………

Champ
……………………………


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