Chapitre 12
Activité 5 - Activité d'exploration
Accélérateur linéaire de particules
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
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.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
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 ?
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Doc. 1Création d'un champ électrique
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
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)
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
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.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
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.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
- 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
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
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.
Cliquez pour accéder à une zone de dessin
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Synthèse de l'activité
Lister les éléments essentiels d'un accélérateur linéaire de particules.
Fermer
Une erreur sur la page ? Une idée à proposer ?
Nos manuels sont collaboratifs, n'hésitez pas à nous en faire part.
j'ai une idée !
Oups, une coquille
