Déviation d’un faisceau d’électrons par un champ magnétique

 

 

On attribue à J.J. Thomson la découverte de l’électron, en 1897, alors qu’il enseignait au laboratoire Cavendish de Cambridge, au Royaume-Uni. Il s’intéressait à cette époque aux propriétés des tubes à décharge, vénérables ancêtres de nos tubes à néon. Dans ces tubes, un gaz à faible pression est excité à l’aide de deux électrodes situées à ses extrémités. Thomson montra qu’un faisceau de corpuscules était émis par l’électrode négative ou cathode. Il observa que ce faisceau était dévié par des champs magnétique et électrique. Enfin il montra que ces corpuscules avaient une masse bien inférieure à celle de l’atome le plus léger. Thomson venait de découvrir des constituants de l’atome ! Une idée révolutionnaire puisqu’on pensait à l’époque que l’atome était le composant fondamental de la matière (en effet « atome » vient du grec « que l’on ne peut couper »).

 

 

I. Mise en évidence de l’action d’un champ magnétique sur un faisceau d’électrons

Un faisceau d’électrons est accéléré et pénètre dans un tube ou il est visualisé. On approche un aimant droit du faisceau d’électrons.

Action d’un champ magnétique sur un faisceau d’électrons

 

 

II. Appareil de mesure du rapport e/m

L'expérience utilise un tube spécial à l'intérieur duquel la trajectoire du faisceau d'électrons peut être observée directement.

Ce tube est placé entre deux bobines de Helmholtz qui créent un champ magnétique uniforme.

Lorsque le vecteur champ magnétique B MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbbjxAHXgarmWu51MyVXgaruWqVvNCPvMCG4uz3bqefqvATv2CG4uz3bIuV1wyUbqee0evGueE0jxyaibaieYdf9irVeeu0dXdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqaaeaadaabauaaaOqaaiqadkeagaWcaaaa@38A5@  est perpendiculaire au vecteur vitesse v MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbbjxAHXgarmWu51MyVXgaruWqVvNCPvMCG4uz3bqefqvATv2CG4uz3bIuV1wyUbqee0evGueE0jxyaibaieYdf9irVeeu0dXdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqaaeaadaabauaaaOqaaiqadAhagaWcaaaa@38D9@  des électrons, la trajectoire de ceux-ci devient circulaire.

Faisceau d’électrons dans un champ magnétique uniforme

 

 

III. Complément

Le contenu de dernière cette vidéo n’est pas au programme de première S, mais son observation ne manque pas d’intérêt.

Lorsque le vecteur champ magnétique B MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbbjxAHXgarmWu51MyVXgaruWqVvNCPvMCG4uz3bqefqvATv2CG4uz3bIuV1wyUbqee0evGueE0jxyaibaieYdf9irVeeu0dXdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqaaeaadaabauaaaOqaaiqadkeagaWcaaaa@38A5@  n’est pas perpendiculaire au vecteur vitesse v MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbbjxAHXgarmWu51MyVXgaruWqVvNCPvMCG4uz3bqefqvATv2CG4uz3bIuV1wyUbqee0evGueE0jxyaibaieYdf9irVeeu0dXdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqaaeaadaabauaaaOqaaiqadAhagaWcaaaa@38D9@  des électrons, la trajectoire de ceux-ci forme une hélice.

Champ magnétique uniforme et vecteur vitesse quelconque