Rapport masse sur charge - Définition
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Rapport de masse sur charge
Le rapport masse sur charge (m/z) d'un objet est, comme son nom l'indique, sa masse divisée par sa charge électrique. Cette quantité n'est généralement utile que pour les objets qui peuvent être traités comme des particules. Pour les objets de plus grandes dimensions, la charge totale, la densité de charge, la masse totale et la densité de masse sont fréquemment plus utiles.
Signification
Dans certaines expériences, le rapport de masse sur charge est la seule quantité pouvant être directement mesurée. Il arrive souvent que la charge puisse être inférée à partir de considérations théoriques, en sorte que ce rapport fournit un moyen de déduire la masse.
On peut souvent déterminer le rapport de masse sur charge à partir de l'observation des déflections d'une particule chargée dans un champ magnétique extérieur. L'équation cyclotron, en combinaison avec d'autres informations telles que l'énergie cinétique de la particule, donne le rapport de masse sur charge. Le spectromètre de masse est une application de ce principe. On peut utiliser le même principe pour extraire les informations dans des expériences qui utilisent les chambres à brouillard.
Le rapport des forces électrostatiques et gravitationnelles entre deux particules est proportionnel au produit de leur rapport de masse sur charge. Il en découle qu'au niveau subatomique, les forces gravitationnelles sont négligeables.
L'électron
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Le quotient de la charge de l'électron par sa masse, − e / me, est une quantité en physique expérimentale. Il a une certaine importance parce qu'il est difficile de mesurer directement la masse de l'électron, me, et, à la place, elle est dérivée de mesures de la charge fondamentale e et e / me. Elle a également une signification historique : la mesure de e / me par Thomson l'a convaincu que les rayons cathodiques étaient des particules que nous reconnaissons aujourd'hui pour des électrons.
La valeur recommandée pour − e / me par le Comité de données pour la science et la technologie (CODATA) de 2006 est − e / me = -1.758 820 150(44)
En 1897, J.J. Thomson réussit à calculer le "q/m" d'un électron, et avec encore plus de réussite, il fit usage de la méthode Dunnington qui mêle le moment angulaire et la déflection engendrée par un champ magnétique perpendiculaire.
En dehors des méthodes de J.J. Thomson et de Dunnington, il existe deux autres méthodes courantes pour mesurer le rapport de masse sur charge d'un électron :
1. La méthode Magnétron : en utilsant une vanne GRD7 (vanne Ferranti (en)), l'électron d'un filament de tungstène incandescent est expulsé vers une anode. Il est ensuite dévié au moyen d'un solénoïde. Les valeurs du courant dans le solénoïde et dans la vanne de Ferranti permettent le calcul de e/m.
2. La méthode du tube à rayon fin : l'électron est accéléré depuis une cathode vers une anode en forme de chapeau. L'électron est expulsé tube à rayons rempli d'hélium, ce qui produit un cercle lumineux. Le rayon de ce cercle permet le calcul de e/m.
L'effet Zeeman
On peut également mesurer le rapport de masse sur charge d'un électron avec l'effet Zeeman, qui produit des sauts d'énergie en présence d'un champ magnétique B.
