physique chimie devoir 8

Devoir de Physique N?8 1 ´ Exercice 1 – Emission d’´lectrons Auger par les atomes e Document : ´mission de rayons X par un atome e Les rayonnements X sont des rayonnements ´lectromagn´tiques de tr`s courte longueur d’onde e e e et donc tr`s p´n´trants. Pour produire des rayons X il faut extraire des ´lectrons, les acc´l´rer e e e e ee fortement et leur faire percuter une cible m´tallique. L’appareil de base repr´sent´ (Fig. 1) porte e e e le nom de tube de Coolidge. Figure 1 – Les ´lectrons sont ´mis par un ?lament m´tallique port´ ` temp´rature ´lev´e par un courant e e e ea e e e de chau?age If . Pour acc´l´rer les ´lectrons de l’´lectrode A vers l’´lectrode B, il faut appliee e e e quer une haute tension continue. L’´lectrode positive s’appelle anode, l’´lectrode n´gative cathode. e e e L’´lectrode ´mettrice de rayons X, ` cause du bombardement des ´lectrons est une ´lectrode de e e a e e tungst`ne. e On a repr´sent´ (Fig.2), le spectre d’´mission du rayonnement X de cette ´lectrode de tungst`ne. e e e e e Figure 2 – 1 On constate un spectre de raies constitu´ de quatre pics ´mergeant d’un fond continu. On se e e propose, ` partir de nos connaissances en physique, de comprendre ce spectre et de le compl´ter. a e Le diagramme des niveaux d’´nergie du tungst`ne est repr´sent´ (Fig.3). e e e e Figure 3 – Un deuxi`me ph´nom`ne d’interaction existe lorsqu’un ´lectron d’´nergie cin´tique EC arrive e e e e e e au voisinage d’un noyau. Sa trajectoire est d´vi´e (?gure 4) par la force d’attraction ´lectrostatique e e e avec le noyau. Or les th´ories de Maxwell montrent que toute particule charg´e acc´l´r´e rayonne e e ee e de l’´nergie. L’´nergie ´mise sous forme de rayons X est pr´lev´e sur l’´nergie cin´tique initiale ECi e e e e e e e de l’´lectron qui poursuit sa trajectoire avec une ´nergie cin´tique ECf plus faible. e e e Figure 4 – A. Analyse du dispositif exp´rimental (?gure 1) e 1. Pourquoi est-il n´cessaire de chau?er un m´tal pour qu’il ´mette des ´lectrons ? Existe-t-il e e e e un autre moyen d’extraire des ´lectrons d’un m´tal ? Lequel ? e e 2 R´ponse : En chau?ant par e?et Joule un ?lament de mat´riau r´fractaire ` su?samment e e e a haute temp´rature, une faible fraction de ses ´lectrons peuvent acqu´rir l’´nergie n´cessaire e e e e e pour franchir le mur de potentiel qui les maintient dans le solide et ˆtre ainsi lib´r´s dans le e e e vide o` un champ ´lectrique acc´l´rateur peut les attirer vers les anodes. u e ee Il existe d’autres mani`res de produire des ?ux d’´lectrons comme l’´mission par e?et de e e e champ d’´lectrons induits par des champs ´lectromagn´tiques externes. Elle peut avoir lieu e e e a ` partir d’une surface solide ou liquide, ou bien directement au niveau d’un atome en milieu gazeux. On peut citer aussi, l’e?et photo´lectrique qui est l’´mission d’´lectrons par un e e e mat´riau soumis ` l’action de la lumi`re. e a e 2. Sur un sch´ma repr´senter les deux ´lectrodes A et B de la ?gure 1 et indiquez le sens du e e e → − champ ´lectrique E pour que les ´lectrons soient acc´l´r´s de gauche ` droite. En d´duire de e e ee e a e A et B laquelle est l’anode, laquelle est la cathode. R´ponse : Sur le sch´ma les ´lectrons sont acc´l´r´s de A vers B, grˆce ` l’application d’un e e e ee e a a champ ´lectrique dans la direction oppos´ (orient´ de B vers A, car la force ´lectrique sur un e e e e → − → − → − ´lectron de charge −e est F = −e E ou E est le champ ´lectrique A est la cathode et B est e e l’anode (parfois appel´e anti-cathode). e cathode anode E 3. L’ensemble est plac´ comme indiqu´ sur la (Fig.1) dans une enceinte de verre o` r`gne un e e u e vide pouss´. Pourquoi ce vide pouss´ est-il n´cessaire ` la bonne marche de l’appareil ? e e e a R´ponse : Un vide pouss´ est n´cessaire car, dans le cas contraire, les ´lectrons rentreraient e e e e produits entreraient en collision avec les mol´culaires de l’air, donnant lieu ` l’absorption des e a ´lectrons. e ´ B. Etude du spectre de raies (Fig. 2 et 3) : Lorsque des &acu...