📺 La déviation d'un faisceau d'électrons
Avant les écrans plats, chaque téléviseur cachait un canon à électrons ! Accélère les électrons, fais-les passer entre deux plaques chargées et regarde le spot se déplacer sur l'écran. Surprise : remplace l'électron par un proton deux mille fois plus lourd… et le spot arrive à la même distance du centre, mais de l'autre côté !
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Dans le canon, la tension UA accélère les électrons jusqu'à plusieurs dizaines de milliers de kilomètres par seconde.
- Entre les plaques, la force F = qE est verticale et constante : la trajectoire est une parabole, comme celle d'une balle lancée horizontalement.
- À la sortie des plaques, plus aucune force : les électrons filent en ligne droite jusqu'à l'écran, où ils allument un spot vert.
- Les points mesurés Y = f(UD) sont alignés sur une droite qui passe par l'origine : la déviation est proportionnelle à la tension.
- En mode oscilloscope, la tension sinusoïdale fait monter et descendre le spot pendant que le balayage le pousse de gauche à droite : il dessine la sinusoïde.
Expériences à faire
- Double UA : la déviation Y est-elle multipliée ou divisée par 2 ? Pourquoi ?
- Remplace l'électron par un proton : que devient le spot ? Et le temps passé entre les plaques ?
- Augmente UD petit à petit : à partir de quelle tension le faisceau heurte-t-il la plaque ?
- Avec « ✏️ Mon tube », éloigne l'écran : comment évolue la sensibilité k = Y/UD ?
- En mode oscilloscope, choisis f = 1,5 Hz et fb = 0,5 Hz : combien de périodes vois-tu ?
La physique derrière l'animation
- Canon : le théorème de l'énergie cinétique donne ½·m·v0² = |q|·UA, d'où v0 = √(2·|q|·UA/m) (effets relativistes négligés : moins de 2 % d'écart jusqu'à 10 kV).
- Entre les plaques : champ uniforme E = UD/d ; deuxième loi de Newton : a = qE/m (le poids est négligeable, environ 1014 fois plus faible que la force électrique).
- Équations horaires : x(t) = v0·t et y(t) = ½·a·t², avec a = |q|·UD/(m·d) ; trajectoire parabolique y = a·x² / (2·v0²).
- À la sortie : tan α = a·ℓ/v0² ; sur l'écran placé à la distance L du milieu des plaques : Y = ℓ·L·UD / (2·d·UA), indépendant de la charge et de la masse de la particule.
- Oscilloscope : la tension étudiée est appliquée aux plaques Y, un balayage en dents de scie aux plaques X ; on voit f/fb périodes du signal.
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