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mouvement d'une particule chargée dans un champ electrostatique

Posté par
loren
15-12-12 à 23:30

Bonjour, j'étudie en ce moment en cours les équations horaires et les equations de trajectoire d'un mouvement. J'ai compris le principe de ces deux notions mais ce qui m'échappe concerne les champ electrostatiques uniforme entre deux armatures horizontales. Dans le cas d'un electron  dont la trajectoire "va vers le haut", c'est a dire lorsque E le vecteur champ electrostatique se dirige vers le bas , je ne comprend pas pourquoi on écrit alors d'après la deuxième loi de newton ay= (e/m)*E , pourquoi n'écrit -t-on pas plutot ay=-(e/m)E puisque e est négatif dans le cas d'un éléctron ?

Posté par
Coll Moderateur
re : mouvement d'une particule chargée dans un champ electrostat 16-12-12 à 08:39

Bonjour,

Ces relations sont-elles des relations entre vecteurs ou des relations entre les normes des vecteurs ?

La force \vec{f} subie par une particule dont la charge électrique est q dans un champ électrostatique \vec{E} vaut :

\vec{f}\;=\;q.\vec{E}

Si la particule est un électron, sa charge électrique vaut q = -e
et donc
la force due au champ électrostatique qu'il subit est \vec{f}\;=\;-\,e.\vec{E}

La direction de cette force est celle du champ mais son sens est opposé à celui du champ.

La masse de l'électron étant notée m il sera soumis à une accélération \vec{a} en vertu du principe fondamental de la dynamique :

\vec{f}\;=\;m.\vec{a}

\large \vec{a}\;=\;\frac{1}{m}.\vec{f}
soit
\large \vec{a}\;=\;\frac{-\ e}{m}.\vec{E}

L'accélération a un sens opposé à celui du champ et donc pour un champ électrostatique dirigé "vers le bas", l'électron aura bien une trajectoire qui s'incurvera "vers le haut".

Si maintenant on veut calculer la norme de cette accélération, on écrira :
\large ||\vec{a}||\;=\;\frac{e}{m}.||\vec{E}||

puisque la norme d'un vecteur est toujours positive.

Pour éviter ces écritures "lourdes" on écrit plus simplement (en sachant que ce sont des normes) :
\large a\;=\;\frac{e}{m}.E

Si tu cherches les coordonnées des vecteurs \vec{E} et \vec{a} dans un repère (O ; , ) avec horizontal et vertical, dirigé "vers le haut", alors :

\vec{E}\;=\;E_x.\vec{i}\; + E_y.\vec{j}
E_x\, =\, 0
E_y\; <\; 0

\vec{a}\;=\;a_x.\vec{i}\; + a_y.\vec{j}
a_x\; =\; 0
a_y\; =\; - (e / m).E_y\  >\ 0

Conclusion :
Il faut savoir de quoi l'on parle. De vecteurs ? De normes de vecteurs ? De coordonnées de vecteurs ?

Posté par
loren
re : mouvement d'une particule chargée dans un champ electrostat 16-12-12 à 09:59

Bonjour, merci d'avoir répondu en fait je ne comprend pas comment en projetant E dans le repère et sur l'axe ici des ordonnées qui nous intéresse on peut obtenir comme ordonnées de ay= -(e/m)E = e/m E puisque e est negatif. Mon prof m'a explique que si le sens de l'accélération est vers le haut, dans ce cas on prend dans les coordonnées E positif et inversement si le sens est vers la bas. Ainsi en appliquant cela j'obtient ay= -e/m E alors que lui a une ordonnée positive, ce qui est d'ailleurs plus cohérent avec l'équation de la trajectoire que l'on doit trouver à la fin. Je ne comprend pas mon erreur :/

Posté par
Coll Moderateur
re : mouvement d'une particule chargée dans un champ electrostat 16-12-12 à 10:13

J'ai cherché à être très précis dans ma réponse.

e n'est pas négatif. La charge élémentaire est par définition celle du proton et est donc positive.

La charge q d'un électron vaut q = - e (et est donc négative)

Si tu écris ay c'est que tu t'intéresses à la coordonnée sur l'axe Oy du vecteur accélération.

Que notes-tu E ?

La norme du champ ?

Posté par
loren
re : mouvement d'une particule chargée dans un champ electrostat 16-12-12 à 10:34

Pour moi E est la valeur du champ électrostatique selon l'expression f=q*E en fait je me réfère aux exemples que nous avons eu dans le cas d'un champ de pesanteur car dans ce cas la puisque g est dirigé vers le bas on obtient comme équation ay= -g en projetant sur l'axe des ordonnées j'en ait déduis que dans le cas d'un champ électrostatique la particule se dirige vers le haut alors ay = - e/m E et si elle se dirige vers le bas alors ay = -e/m * (-E) = e/m E    

Posté par
Coll Moderateur
re : mouvement d'une particule chargée dans un champ electrostat 16-12-12 à 11:12

Je ne comprends pas ton raisonnement.

Il faut se méfier en comparant avec le champ de pesanteur. Les forces de pesanteur sont toujours attractives. Ce n'est pas le cas des forces électrostatiques qui selon les charges en présence peuvent être attractives ou répulsives.

Si tu notes E l'intensité du champ (la norme du vecteur \vec{E}) alors E > 0

Dans ce cas ay = - (e / m)E est négatif et donc correspond (avec un axe des ordonnées orienté vers le haut) à une accélération vers le bas

ay = (e / m)E est positif et, avec les mêmes conventions, correspond à une accélération vers le haut.

Posté par
loren
re : mouvement d'une particule chargée dans un champ electrostat 16-12-12 à 11:46

En fait notre prof nous a appris à projeter le vecteur E sur l'axe des ordonnées et donc en fonction du sens du vecteur accélération on prend dans notre expression de ay E ou -E et donc puisque q ici est égal à -e ça nous donne pour un électron qui va vers le haut ay = -e/m E.  Je sais que ce n'est pas cohérent mais moi j'avais compris ça je ne m'exprime peut être pas bien désolé .. En fait je n'ai pas compris par quoi est déterminé le signe de ay  

Posté par
Coll Moderateur
re : mouvement d'une particule chargée dans un champ electrostat 16-12-12 à 11:57

Tu projettes. Donc tu en déduis les coordonnées ; je recopie :

Si tu cherches les coordonnées des vecteurs \vec{E} et \vec{a} dans un repère (O ; , ) avec horizontal et vertical, dirigé "vers le haut", alors :

\vec{E}\;=\;E_x.\vec{i}\; + E_y.\vec{j}
E_x\, =\, 0
E_y\; <\; 0

Puisque le champ est dirigé "vers le bas", c'est-à-dire en sens opposé au sens positif choisi pour l'axe des ordonnées Oy, alors Ey est négatif

Pour les coordonnées du vecteur \vec{a} il faut projeter l'égalité vectorielle démontrée plus haut : \large \vec{a}\;=\;\frac{-\ e}{m}.\vec{E}

Ce qui donne :

\vec{a}\;=\;a_x.\vec{i}\; + a_y.\vec{j}
a_x\; =\; 0
a_y\; =\; - (e / m).E_y\  >\ 0

e est positif
m est positif
Ey est négatif

donc ay est positif et tu vérifies ainsi ce que tu avais trouvé "physiquement" à savoir que l'accélération est dirigée vers le haut (dans le sens positif choisi pour l'axe des ordonnées).

Posté par
loren
re : mouvement d'une particule chargée dans un champ electrostat 16-12-12 à 12:05

Ah d'accord je pense avoir compris, mais en suivant ce même raisonnement dans le cas d' un champ de pesanteur ne devrait- on pas avoir ay = g ? Parce que moi j'avais - g Encore une fois merci de prendre le temps de me répondre j'ai vraiment du mal :/

Posté par
Coll Moderateur
re : mouvement d'une particule chargée dans un champ electrostat 16-12-12 à 12:16

Ne t'inquiète pas. Ces histoires de signe sont ennuyeuses pour tout le monde

Si tu appelles g = + 9,81 m.s-2 la norme (une norme est toujours positive) du vecteur qui représente l'accélération due à la pesanteur,
alors, avec un axe des ordonnées Oy orienté positivement vers le haut
ay = - g

Si tu utilises les coordonnées du vecteur \vec{g} alors :
\vec{g}\;=\;g_x.\vec{i}\;+\;g_y.\vec{j}
avec
gx = 0
gy < 0
et donc
ay = gy

Dans les deux cas (heureusement !) ay est négatif.

Je répète : il faut savoir de quoi l'on parle ; vecteur ? norme ? coordonnées ?

Posté par
loren
re : mouvement d'une particule chargée dans un champ electrostat 16-12-12 à 12:19

Ah d'accord j'ai compris ( enfin! ) merci beaucoup pour ton aide ça me sera très utile pour mes examens !

Posté par
Coll Moderateur
re : mouvement d'une particule chargée dans un champ electrostat 16-12-12 à 12:21

Je suis content pour toi.

Je t'en prie et à une prochaine fois !



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