spectrogramme de masse
Bonjour j'ai besoin d'aides pour certaines questions de cet exercice. Les vagues dans l'énoncé désignent les vecteurs. Merci
Le spectrographe de masse est une technique physique d'analyse utilisé
pour la séparation des isotopes. Il est constitué schématiquement des
éléments suivants :
— une chambre d'ionisation (1) dans laquelle sont ionisés les isotopes à séparer,
— une chambre d'accélération des ions (2), chambre dans laquelle
règne un champ électrique uniforme crée par une tension U appliquée entre deux plaques (P1) et (P2),
— une chambre hémicylindrique dans laquelle règne un champ magnétique uniforme (3), normal au plan contenant O1, O2 et I, un
détecteur d'ions.
On veut séparer des ions 79Br− et 81Br− de masses m1 et m2. Ces
ions pénètrent en O1 dans un champ électrique uniforme, créé par une
différence de potentiel U = V1 − V2 = −4000 V appliquée entre les 2
plaques verticales (P1) et (P2). Le poids est négligé.
1. a) Quelle est la charge de l'ion bromure Br− ?
b) On rappelle que la force électrostatique qui s'exerce sur une charge
q dans un champ électrique E~ est Fe~= qE~ . Reproduire le schéma
ci-contre (en pièce jointe) et indiquer le sens du champ électrique dans la chambre (2)
conduisant à un déplacement des ions bromure de O1 vers O2. Représenter (d'une autre couleur) la force électrique s'exerçant sur un ion bromure.
c) Les ions bromures pénètrent alors dans un champ magnétique uniforme B~ , normal au plan de la figure. La force magnétique qui s'exerce
sur une charge q de vitesse ~v dans un champ électrique B~ est Fm~ =
q~v ∧ B~ . Indiquer le sens du champ magnétique dans la chambre (3)
conduisant à un déplacement des ions bromure vers le détecteur I. Représenter (d'une autre couleur) la vitesse d'un ion bromure et (d'une 3e couleur) la force magnétique s'exerçant sur un ion bromure.
2. a) Calculer les masses m1 et m2 des 2 ions. On pourra approximer la masse molaire (en g · mol−1) au numéro de masse de l'isotope.
b) Comparer le poids de ion de masse m2 à la force électrostatique qui s'éxerce dessus. On pourra
prendre |E| = |U|/d avec d la distance entre le plaques comme valeur du champ électrique. Justifier
que l'on néglige le poids dans la suite du problème.
3. a) Le système est-il conservatif entre O1 et O2 (chambre 2) ? On admet que la force électrostatique qui
s'exerce sur une charge q est une force conservative.
b) Le système est-il conservatif dans la chambre (3) ?
c) L'énergie potentielle électrostatique d'une charge q soumise à un potentiel électrostatique V vaut
Ep = qV . A l'aide du théorème de l'énergie mécanique, exprimer la vitesse des ions à la sortie O2 du
condensateur (chambre 2) ? On néglige les vitesses à la sortie de la chambre de ionisation (en O1).
Données accélération de pesanteur g = 9,81 m · s
−2
; nombre d'Avogrado NA = 6,02 · 1023 ; charge élémentaire e = 1,6 · 10−19 C; d = 10,0 cm; B = 0, 100 Tesla
Mes réponses
1a) Négatif
1b) et 1c) Justement j'hésite
2a) Avec la méthode de l'énoncé, je trouve m1=1.31*10^-22 g
et m2=1.35*10^-22g
2b)Je trouve le poids P=m2*g=1.32*10^-21 N et E=4.00*10^4 Coulomb
Le rapport E/P vaut 3*10^25 donc le poids est négligeable.
3a) et 3b) Je ne sais pas
3c) Pas encore traité
-----