séparation des isotopes de l'hydrogène

[jonathan terminale s]

bonjour

on etudie la séparation de isotopes H 1 1 et H 2 1 de l'hydrogène au moyen d'un spectrographe de masse .ces isotopes ont le meme nombre de protons mais des nombres de neutrons differents ils n'ont donc pas la meme masse.
le dispositif comprends une chambre d'ionisation permettant d'obtenir des ions positifs H+ 1 1 et H+ 2 1 qui seront ensuite accelerés
ces ions sont accélérés entre deux plaques P1 et P2 puis soumis à l'action d'un champs magnetique B .les ions partent de la plaque P1 en O1 avec une vitesse négligeable ils sont soumis alors entre P1 et P2 à une tension U.

dire si les cinq affirmation vraies ou fausses justifier

1)pour accellerer les ions il suffit d'appliquer une tension U=V(P1) -V(P2) positive

2)les ions des deux types parviennent à la meme vitesse en O2

3)le sens du vecteur champs magnetique B est convenablement choisis sur le schema pour obtenir les deviations en A et B

4)dans l'espace ou le champs magnetique existe,le mouvement des ions est circulaire et uniforme

5)dans la zone ou regne le champs magnétiquee,le rayon R de la trajectoire d'un ion est proportionnel à sa masse

voici ce que j'ai fais

Ça y est j'ai des idées

1)vrai.les ions positifs seront attirés par un potentiel négatif .la plaque P2 doit être négative par rapport à la plaque P1 donc il faut que V(P2)<V(P1) c.-à-d. que V(P1)-V(P2)>0

2)faux tout simplement car ils n'ont pas la même masse donc des énergies cinétiques différentes donc des vitesses différentes

3)vrai.car vecteur (B) est orienté vers le bas

4) les vecteur vitesse et champs magnétiques sont orthogonaux donc la trajectoire est circulaire uniforme.proposition vraie

5)vrai. R=(m x v)/(/q/ x B) avec / / désignant la valeur absolue

j'ai fais un doublon avec un autre forum désolé mais j'ai bien repris mon cours alors si quelqu'un veux bien me dire si j'ai fais des fautes et m'aider un petit peu je vous en serais reconnaissant.

[SoS(1)]

Bonjour,

Concernant la question 2 ) votre raisonnement faisant intervenir l'énergie cinétique ne sera complet que si vous précisez que les deux ions gagnent la même énergie entre les deux armatures où règne le champ électrique.

Pour la question 3 ) le champ magnétique, tel qu'il est représenté sur le schéma, est dirigé vers l'avant du schéma, c'est à dire vers celui qui le voit.

Question 4 ) il est plus intéressant de comparer la direction de la force que subit l'ion hydrogène dans le champ magnétique avec le vecteur vitesse.

Question 5 ) juste.

A vous de poursuivre. S'il y a des zones d'ombre, revenez vers nous.

[Jonathan]

Déjà merci

Ensuite pour la 4) j'ai trouver la réponse sur mon cours du cned il est dit que si les vecteurs vitesse et champs magnetique sont orthogonaux alors la trajectoire est circulaire uniforme.preuve a l'appui je peux même le scanner à moins que j'oublie un truc important.

pour 2) j'ai trouvé v=sqrt(2eU/m) en utilisant l'énergie cinétique

et pour 3) le sens du vecteur champ magnetique est il convenablement choisi sur le schéma pour obtenir les déviations des ions en A et B .car je n'ai pas bien compris votre réponse

qu'en pensez vous ?

Cordialement

[SoS(1)]

Concernant la question 4), même si cette réponse figure dans le cours du CNED, je ne sais pas si vous êtes en mesure de la comprendre, non pas que vous n'en avez pas les compétences, mais plutôt parce que cela fait intervenir des notions qui ne sont pas au programme de terminale.
Par contre, si vous comparez la situation à celle d'un satellite orbitant autour d'un astre, vous avez vu dans votre cours que si la force d'attraction est perpendiculaire au vecteur vitesse, alors la trajectoire est circulaire uniforme. Le fait que le mouvement est uniforme se comprend car le travail d'une force perpendiculaire au déplacement du système ne travaille pas (ce que vous comprendrez si vous avez déjà vu cette notion de travail d'une force. Sinon, gardez cela en mémoire et vous le comprendrez plus tard dans l'année.)

Pour le champ magnétique, le fait qu'il pointe vers vous est effectivement cohérent avec l'allure de la trajectoire des ions hydrogène.

C'est bon pour la question 2)

[Jonathan]

et mes réponses pour la 3) et 4) sont correctes aussi ou j'ai tout faux ?

Cordialement

[SoS(1)]

Pour la réponse 3), j'ai déjà répondu : B pointant vers vous, la trajectoire montrée sur le schéma est cohérente. Donc votre réponse n'est pas bonne car vous dites que B étant vers le bas, la trajectoire est cohérente. Mais d'un autre côté, vous ne pouvez répondre à cette question que si vous avez vu la force de Lorentz dans votre cours, qui fait intervenir le produit vectoriel. Je ne sais pas si c'est le cas.

Pour la question 4 ) si on part du principe que l'on admet que lorsqu'une particule électriquement chargée pénètre dans une zone où règne un champ magnétique uniforme, de telle sorte que son vecteur vitesse est perpendiculaire au champ magnétique, elle adopte une trajectoire circulaire qui reste confinée dans un plan perpendiculaire au champ magnétique, alors votre réponse est juste. Mais je ne vois pas son intérêt s'il faut se contenter de répondre ce que l'on admet...

Avez vous vu, dans votre cours, la force de Lorentz ? Avez vous également vu le travail d'une force ?

[Jonathan]

oui effectivement et on a F=q vect(v) xvect(B) où F est la force de lorentz et x le produit vectoriel .mais du coup ça change quoi ?

[SoS(1)]

Et bien connaissant la force de Lorentz, vous savez sûrement que cette force, d'après les propriétés du produit vectoriel, est perpendiculaire à la fois au champ magnétique et à la vitesse (donc la trajectoire) de la particule chargée. Ce qui explique que si la particule entre dans le champ magnétique perpendiculairement à celui-ci, la trajectoire restera confinée dans un plan perpendiculaire au champ magnétique. Mais cela ne justifie pas la trajectoire circulaire uniforme. Pour le faire, il est commode de passer par le travail de la force. Avez vous vu cette notion cette année ?

[Jonathan]

oui je l'ai vu c'est w= mgh m:masse h:distance .comment faire alors?

[Jonathan]

et comment faire avec la notion de travail d'une force?

[SoS(1)]

L'expression que vous donnez est propre au travail de la force de pesanteur. La notion de travail d'une force est spécifique à la force en question. En gros, le travail d'une force représente l'énergie fournie au système, ou perdue par le système, sous l'effet de cette force. Imaginez un train sur des rails. Il avance lentement, et pour l'aider, vous sortez du train avec une corde pour le tracter. Si vous vous positionnez devant le train pour le tracter, vous lui communiquez de l'énergie par le biais de la force que vous exercez. Si maintenant vous tractez le train en vous positionnant de telle sorte que la corde tendue se retrouve perpendiculaire aux rails, votre action ne permet pas au train d'avancer. La force que vous exercez ne donnant pas d'énergie supplémentaire au train, on dit qu'elle ne travaille pas. C'est le cas de toute force perpendiculaire au déplacement d'un système. Or la force de Lorentz est justement perpendiculaire à la trajectoire (ou à la vitesse). La force de Lorentz ne travaille donc pas. Autrement dit, la vitesse de la particule restera constante : le mouvement est uniforme. Et comme on sait en plus que la force est perpendiculaire à la trajectoire, alors la trajectoire ne peut-être que circulaire.
La trajectoire est donc circulaire uniforme.

Avez vous compris le raisonnement ?

[Jonathan]

oui.j'ai parfaitement compris le raisonnement surtout l'analogie avec le train.et du coup la question 3 qu'elle réponse serait approprié car je ne comprends pas cette question ( si le sens du vecteur champ magnetique est convenablement choisi...)

[SoS(1)]

Le produit vectoriel est tel que si F = e v x B

(En gras, ce sont les vecteurs, et le "x" représente le produit vectoriel)

Alors F, v et B forment un trièdre direct. C'est à dire que si vous prenez votre main droite, et que vous attribuez vos doigts à un vecteur, comme cela est représenté sur le schéma que je vous joins, alors vous pouvez trouver l'orientation de la force en fonction de l'orientation du champ magnétique. Vous verrez alors que pour obtenir une trajectoire circulaire telle qu'elle est représentée dans l'énoncé, il faut que le champ magnétique pointe vers vous, ce qui est bien le cas. Dites moi si vous êtes d'accord en appliquant la méthode de la main.

L'image provient de l'adresse :
http://www.google.fr/imgres?hl=fr&biw=1 ... IEBEK0DMA8

[Jonathan]

Je viens de comprendre mais je ne sais toujours pas ce que je dois répondre à la question 3) d'une manière scientifique je ne peux pas justifier ça en disant que le sens du vecteur champ magnetique pointe vers moi?! Non ?

[SoS(1)]

Si, vous pouvez. Qu'est ce qui vous embête dans cette façon de faire ? En gros, le problème est soumis à certaines "règles du jeu". Vous les appliquez pour répondre à la question. En ce qui me concerne, ça me convient tout à fait. Et pour vous ?