Principe de fonctionnement d'un oscilloscope ou spectromètre

Première générale Spé · Physique-Chimie Spé 1ère

À retenir

• Oscilloscope : les électrons sont déviés vers la plaque positive par le champ uniforme E = U_Y/d. • La déviation du spot est proportionnelle à la tension appliquée aux plaques. • Spectromètre à temps de vol : même q\,U pour tous les ions, v = 2\,q\,U/m, temps de vol proportionnel à m.

Le cours

Principe de fonctionnement d'un oscilloscope ou spectromètre Oscilloscope analogique (tube cathodique) : un canon à électrons produit un faisceau d'électrons accélérés par une tension de quelques kilovolts. Le faisceau passe entre deux paires de plaques formant des condensateurs plans, puis frappe un écran fluorescent où il crée un spot lumineux. • Les plaques de déviation verticale reçoivent la tension U_Y à étudier : le champ E = U_Y/d, perpendiculaire à la vitesse des électrons, les dévie vers la plaque positive. • Les plaques de déviation horizontale reçoivent une tension de balayage qui déplace le spot de gauche à droite à vitesse constante. • Comme la force e\,E est proportionnelle à U_Y et que les électrons passent toujours le même temps entre les plaques, la déviation du spot est proportionnelle à la tension U_Y : l'écran trace la tension en fonction du temps. Les oscilloscopes actuels sont numériques, mais ils reprennent cette représentation. Spectromètre de masse à temps de vol Des ions de même charge q sont accélérés par la même tension U : ils acquièrent tous la même énergie cinétique 1/2\,m\,v^2 = q\,U, donc v = 2\,q\,U/m. Les ions légers vont plus vite. Ils parcourent ensuite un tube de longueur L sans champ, en un temps t = L/v proportionnel à m : mesurer les temps d'arrivée permet de trier les ions selon leur masse et de les identifier. Astuce et méthode clé Déviation proportionnelle à la tension : si 10\ V décalent le spot de 2,0\ cm, alors 5\ V le décalent de 1,0\ cm et -10\ V de 2,0\ cm dans l'autre sens. Piège classique à éviter Les électrons sont négatifs : ils sont déviés vers la plaque positive, donc dans le sens opposé au champ E. Inverser le signe de U_Y fait passer le spot de l'autre côté de l'écran.

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