Physique-Chimie Terminale Spécialité
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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Modélisation des transformations acide-base
Ch. 2
Analyse physique d'un système chimique
Ch. 3
Méthode de suivi d'un titrage
Ch. 4
Évolution temporelle d'une transformation chimique
Ch. 5
Évolution temporelle d'une transformation nucléaire
BAC
Thème 1
Ch. 6
Évolution spontanée d'un système chimique
Ch. 7
Équilibres acide-base
Ch. 8
Transformations chimiques forcées
Ch. 9
Structure et optimisation en chimie organique
Ch. 10
Stratégies de synthèse
BAC
Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Description d'un mouvement
Ch. 12
Mouvement dans un champ uniforme
Ch. 13
Mouvement dans un champ de gravitation
Ch. 14
Modélisation de l'écoulement d'un fluide
BAC
Thème 2
3. Conversions et transferts d'énergie
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Propagation des ondes
Ch. 18
Interférences et diffraction
Ch. 19
Lunette astronomique
Ch. 20
Effet photoélectrique et enjeux énergétiques
Ch. 21
Évolutions temporelles dans un circuit capacitif
BAC
Thème 4
Annexes
Ch. 22
Méthode
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.
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. 1Création d'un champ électrique
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Doc. 2Travail de la force
Une particule de charge q dans un champ électrique \overrightarrow{E}
subit une force électrique \overrightarrow{F}_\mathrm{e} égale à :
Le travail de la force électrique W_\mathrm{A B}\left(\overrightarrow{F}_\mathrm{e}\right), exprimé en joule (\text{J}), correspond à :
\overrightarrow{F}_{\mathrm{e}}=q \ · \overrightarrow{E}
Le travail de la force électrique W_\mathrm{A B}\left(\overrightarrow{F}_\mathrm{e}\right), exprimé en joule (\text{J}), correspond à :
W_\mathrm{A B}\left(\overrightarrow{F}_\mathrm{e}\right)=\overrightarrow{F}_\mathrm{e}\ · \overrightarrow{\mathrm{A B}}=q \ · U_\mathrm{A B}
\mathrm{AB} : distance entre les plaques (m)
q : charge électrique de la particule (C)
U_\mathrm{A B} : tension entre les plaques (V)
q : charge électrique de la particule (C)
U_\mathrm{A B} : tension entre les plaques (V)
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Doc. 3Principe 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 \overrightarrow{E} 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.
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 \overrightarrow{E} 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. 4Schéma 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.
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- Masse d'un ion potassium \text{K}^+ : m=6,5 \times 10^{-26} kg
- Conversion d'unité : 1\ \mathrm{eV}=1,60 \times 10^{-19} J
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Questions
Compétence(s)
APP : Extraire l'information utile
VAL : Faire un schéma
VAL : Faire un schéma
1. En utilisant le théorème de l'énergie cinétique, expliquer à quelle condition une
particule de charge q peut être accélérée par un champ électrique \overrightarrow{E}.
2. Selon le doc. 3, déterminer la vitesse v finale d'un ion potassium \text{K}^+ à la sortie de l'accélérateur.
2. Selon le doc. 3, déterminer la vitesse v finale d'un ion potassium \text{K}^+ 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.
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Synthèse de l'activité
Lister les éléments essentiels d'un accélérateur linéaire de particules.
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