Inscription / Connexion Nouveau Sujet
Niveau maths spé
Partager :

Electromagnétisme

Posté par
Laura60
26-10-09 à 11:13

Bonjour, j'ai une question que je n'arrive pas à faire.

J'ai la force de frottement visqueux subie par chaque électron : \vec{f} = - (m/) * \vec{v}

avec une constante propre au matériau (et qui s'exprime en seconde je pense), la vitesse d'un electron dans le référentiel lié au matériau conducteur et m la masse d'un électron.

La question est: En appliquant le principe fondamental de la dynamique à un électron das un référentiel lié au matériau et supposé galiléen, montrer que la vitesse d'un électron tend, en régime permanent, vers une constante que l'on précisera en fonction de \vec{E}, m, et e (la charge élémentaire).

Voici ce que j'ai fait:
En appliquant le principe, on a

m.\vec{a} = -(e²)/(40r2) \vec{er} - (m/) * v \vec{er}

or \vec{a}= -(v²/r)\vec{er} + (dv/dt) \vec{e.theta}

Donc suivant \vec{eTheta} on a bien dv/dt = 0 donc v constante et l'électron a un mouvement circulaire uniforme autour du noyau.

Et suivant \vec{er} on a -m(v²/r)+ (m/)v = - e²/(40r²)

Et là je n'arrive pas à trouver une expression de v.
Si quelqu'un a une idée.. Merci d'avance

Posté par
Laura60
re : Electromagnétisme 26-10-09 à 11:36

Je pense avoir trouvé. Il suffit de calculerle déterminant.
Je vais essayer.. quelqu'un peut-il qund même confirmer le début de ce que j'ai fait. Merci

Posté par
donaldos
re : Electromagnétisme 26-10-09 à 11:51

On n'a pas du tout ce que tu écris.

Premièrement, pourquoi utiliser les coordonnées cylindriques qui ne correspondent pas à la géométrie du problème?

A quoi correspond l'expression du champ électrique que tu utilises ici?

Ecris \vec{E}=E \vec{e_x}

Le mouvement sera rectiligne et se fera dans la direction \vec{e_x} du champ électrique. On restreint donc l'étude du mouvement à cette direction et l'on applique le PFD:

m\frac{{\rm d}v}{{\rm d} t}=eE-\frac{m} {\tau} v

Résous cette équation différentielle.

En considérant par exemple une vitesse initiale nulle, on trouve que

\fbox{v=\frac{e\tau E}{m}\left(1-e^{-\frac{t}{\tau}}\right)}

On en déduit que v tend bien vers une valeur limite que l'on détermine facilement (aussi appelée mobilité de l'électron).

Posté par
donaldos
re : Electromagnétisme 26-10-09 à 12:16

(la mobilité de l'électron correspond plus précisément au coefficient reliant la vitesse limite à la valeur du champ électrique)

Posté par
Laura60
re : Electromagnétisme 26-10-09 à 12:30

Merci pour la réponse.

J'ai résolu l'équation différentielle et je trouve

v(t) = v0 e-t/ + (eE) / m

Donc je ne comprends pas pourquoi, en prenant une vitesse initiale nulle, tu trouves ceci

Posté par
donaldos
re : Electromagnétisme 26-10-09 à 13:03

Ton expression est fausse puisqu'une vitesse initiale nulle implique une vitesse constante non nulles... Contradictoire, non?

Je pense que tu as fait une petite erreur lors de la résolution de l'équation différentielle.

Je pense que tu as appliqué les conditions initiales à la solution de l'équation sans second membre et non à la solution générale.

Mais tu n'es probablement pas très loin du résultat.

Posté par
Laura60
re : Electromagnétisme 26-10-09 à 13:12

Je ne retrouve pas mon erreur..

C'est dans la résolution de l'équation sans second membre que j'ai du me tromper car je trouve pour v(t) = v0e-t/.

Pour l'équation sans second membre j'ai:

dv/dt = -(1/)*v

dv/v = -(1/)*dt

ln(v)-ln(v0) = (-1/)*t

d'où v(t) = v0e-t/.

Je ne vois pas où j'ai faux ..

Pour la solution particulière je suis bien d'accord avec toi.

Posté par
donaldos
re : Electromagnétisme 26-10-09 à 13:15

Le calcul est correct, mais cette solution n'a pas de sens physique.

Il faut lui ajouter la solution particulière pour obtenir l'expression v(t) de la vitesse.

Et là, on peut effectivement poser v(0)=v_0.

Posté par
Laura60
re : Electromagnétisme 26-10-09 à 13:25

Oui mais je ne comprend pas. La solution particulière étant vparticulière = eE / m

la solution générale est donc v(t) = v0 e-t/ + vparticulière
Et donc je ne vois pas où est mon erreur

Posté par
donaldos
re : Electromagnétisme 26-10-09 à 13:42

On doit avoir v(t=0)=v_0.

Avec ton expression on obtient:

v_0=v_0+\frac{e\tau E}{m}...

Le problème vient du fait que la solution de l'équation homogène n'est qu'une solution intermédiaire. Tu ne peux pas dire que sa valeur en 0 est égale à v_0. Cette condition ne s'applique qu'à la solution générale de l'équation avec second membre.

Écris la solution générale de l'équation homogène en conservant une constante multiplicative K.

On obtient alors pour la solution générale:

v(t)=Ke^{-\frac{t}{\tau}}+\frac{e\tau E}{m}

Ensuit et peux déterminer la valeur de K en appliquant la condition initiale.

Posté par
Laura60
re : Electromagnétisme 26-10-09 à 13:50

Beh je ne comprend toujours pas.

Dès le début j'ai posé v0=v(t=0)
donc quand j'ai résolu l'équation sans second membre, j'ai intégré dv/v de v0 à v(t) et j'ai intégré dt de t0 à t.
C'est pour ca que je ne comprend pas pourquoi on doit prendre une constante K qu'on doit déterminer après si on peut le résoudre directement

Posté par
Laura60
re : Electromagnétisme 26-10-09 à 13:55

J'ai compri ou était mon erreur mais je ne comprend pas pourquoi on ne peut pas intégrer dv/v de v(t=0) à v(t)

Posté par
Laura60
re : Electromagnétisme 26-10-09 à 14:19

Ah je viens de comprendre.
Merci beaucouppour ta patience et our ton aide.

Posté par
Laura60
re : Electromagnétisme 26-10-09 à 14:42

donc en régime permanent, v tend vers une valeur constante égale à eE / m

Est-ce bon?

Posté par
donaldos
re : Electromagnétisme 26-10-09 à 14:54

Oui



Mentions légales - Retrouvez cette page sur l'île de la physique - chimie
© digiSchool 2025

Vous devez être membre accéder à ce service...

Pas encore inscrit ?

1 compte par personne, multi-compte interdit !

Ou identifiez-vous :


Rester sur la page

Désolé, votre version d'Internet Explorer est plus que périmée ! Merci de le mettre à jour ou de télécharger Firefox ou Google Chrome pour utiliser le site. Votre ordinateur vous remerciera !