N° Page
Ouverture
p. 1-8

1. Constitution et transformations de la matière
Composition et évolution d'un système
Ouverture de thème p. 16-17

Prévision et stratégie en chimie
Ouverture de thème p. 146-147

2. Mouvement et interactions
Ouverture de thème
p. 290-291

3. Conversions et transferts d'énergie
Ouverture de thème
p. 402-403
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4. Ondes et signaux
Ouverture de thème
p. 462-463

Annexes

Rabats de début
Rabats
Formules
p. 614-619
Fiche méthode
p. 635-638
Index
Rabats de fin
Rabats
/ 638
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Chapitre 12
Activité 5 - Activité d'exploration

Accélérateur linéaire de particules

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Objectifs : Décrire le principe d'un accélérateur linéaire.
Exploiter la conservation de l'énergie mécanique ou le théorème de l'énergie cinétique.
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Problématique de l'activité
Les accélérateurs de particules sont utilisés dans différents domaines, notamment le domaine médical, mais également en physique subatomique pour étudier la composition des particules.
Comment peut‑on augmenter l'énergie cinétique d'une particule chargée ?
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Doc. 1
Création d'un champ électrique

Création d'un champ électrique
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Doc. 2
Travail de la force

Une particule de charge dans un champ électrique subit une force électrique égale à :

Le travail de la force électrique , exprimé en joule (), correspond à :


 : distance entre les plaques (m)
 : charge électrique de la particule (C)
 : tension entre les plaques (V)
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Doc. 3
Principe d'un accélérateur linéaire

Un accélérateur linéaire de particules est un appareil permettant de communiquer de l'énergie cinétique à une particule chargée.
En 1928, Rolf Widerøe fut l'un des premiers à construire un tel accélérateur, afin de communiquer à des ions potassium K+ une énergie cinétique de 50 eV. Son accélérateur était constitué d'une source S et d'une succession de tubes sous vide séparés par des interstices.
Les sections de deux cylindres adjacents présentent des charges de signes opposés : un champ électrique règne donc dans ces interstices. À l'intérieur des tubes, le champ électrique est nul, les particules s'y déplacent à vitesse constante.
La tension du générateur étant alternative, les sections des cylindres voient le signe de leur charge changer après chaque passage de particule.
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Doc. 4
Schéma du Linac de Widerøe

Le schéma ci-dessous décrit l'un des deux états possibles de l'accélérateur, pour une particule se trouvant entre la source, chargée positivement, et le premier tube, chargé négativement.
Schéma du Linac de Widerøe
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Données

  • Masse d'un ion potassium  : kg
  • Conversion d'unité : J
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Questions
Compétence(s)
APP : Extraire l'information utile
VAL : Faire un schéma

1. En utilisant le théorème de l'énergie cinétique, expliquer à quelle condition une particule de charge peut être accélérée par un champ électrique .

2. Selon le doc. 3, déterminer la vitesse finale d'un ion potassium à la sortie de l'accélérateur.

3. Reproduire le schéma du doc. 4 et faire les modifications nécessaires pour qu'il corresponde à l'autre alternance de la tension. Justifier cette alternance.
Cliquez pour accéder à une zone de dessin
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Synthèse de l'activité
Lister les éléments essentiels d'un accélérateur linéaire de particules.
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