11.A : Forces et champs magnétiques (réponses)
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11.1. a. 0 N ;
b.\(\displaystyle 2.4×10^{−14}\hat{k}N\) ;
c.\(\displaystyle 2.4×10^{−14}\hat{j}N;\)
d.\(\displaystyle (7.2\hat{j}+2.2\hat{k})×10^{−15}N\)
11.2. a.\(\displaystyle 9.6×10^{−12}N\) vers le sud ;
b.\(\displaystyle \frac{w}{Fm}=1.7×10^{−15}\)
11.3. a. se plie vers le haut ;
b. se courbe vers le bas
11.4. a. aligné ou antialigné ;
b. perpendiculaire
11,5. a. 1,1 T ;
b. 1,6 T
11.6. 0,32 m
Questions conceptuelles
1. Les deux dépendent du terrain. La force électrique dépend de la charge, tandis que la force magnétique dépend du courant ou du débit de charge.
3. L'amplitude des forces magnétiques des protons et des électrons est la même puisqu'ils ont la même quantité de charge. La direction de ces forces est cependant opposée l'une à l'autre. Les accélérations sont de sens opposé et l'électron a une accélération plus importante que le proton en raison de sa plus petite masse.
5. Le champ magnétique doit pointer parallèlement ou antiparallèle à la vitesse.
7. Une boussole pointe vers le pôle nord d'un électroaimant.
9. La vitesse et le champ magnétique peuvent être réglés ensemble dans n'importe quelle direction. S'il y a une force, la vitesse est perpendiculaire à celle-ci. Le champ magnétique est également perpendiculaire à la force si elle existe.
11. Une force sur un fil est exercée par un champ magnétique externe créé par un fil ou un autre aimant.
13. Les conducteurs de mauvaise qualité ont une densité de porteurs de charge plus faible, n, qui, selon la formule de l'effet Hall, est liée à un potentiel Hall plus élevé. Les bons conducteurs ont une densité de porteurs de charge plus élevée, donc un potentiel Hall plus faible.
Problèmes
15. a. à gauche ;
b. dans la page ;
c. vers le haut de la page ;
d. absence de force ;
e. droit ;
f. vers le bas
17. a. droit ;
b. dans la page ;
c. vers le bas
19. a. dans la page ;
b. à gauche ;
c. hors de la page
21. un\(\displaystyle 2.64×10^{−8}N\) ;.
b. La force est très faible, ce qui implique que l'effet des charges statiques sur les avions est négligeable.
23. \(\displaystyle 10.1°;169.9°\)
25. 4,27 m
27. un\(\displaystyle 4.80×10^{−19}C\) ;.
b. 3 ;
c. Ce rapport doit être un entier car les charges doivent être des nombres entiers de la charge de base d'un électron. Il n'y a pas de frais gratuits dont la valeur est inférieure à cette charge de base, et toutes les charges sont des multiples entiers de cette charge de base.
29. un\(\displaystyle 4.09×10^3m/s\) ;.
b.\(\displaystyle 7.83×10^3m;\)
c.\(\displaystyle 1.75×10^5m/s\), alors,\(\displaystyle 1.83×10^2m\) ;
d.\(\displaystyle 4.27m\)
31. un\(\displaystyle 1.8×10^7m/s\) ;.
b.\(\displaystyle 6.8×10^6eV\) ;
c.\(\displaystyle 3.4×10^6V\)
33. a. à gauche ;
b. dans la page ;
c. vers le haut ;
d. absence de force ;
e. droit ;
f. vers le bas
35. a. dans la page ;
b. à gauche ;
c. hors de la page
37. a. 2,50 N ;
b. Cela signifie que les lignes électriques du train léger doivent être fixées afin de ne pas être déplacées par la force provoquée par le champ magnétique de la Terre.
39. a.\(\displaystyle τ=NIAB\), donc\(\displaystyle τ\) diminue de 5,00 % si B diminue de 5,00 % ;
b. Augmentation de 5,26 %
41. 10,0 A
43. \(\displaystyle A⋅m^2⋅T=A⋅m^2.\frac{N}{A⋅m}=N⋅m\)
45. \(\displaystyle 3.48×10^{−26}N⋅m\)
47. \(\displaystyle 0.666N⋅m\)
49. \(\displaystyle 5.8×10^{−7}V\)
51. \(\displaystyle 4.8×10^7C/kg\)
53. un\(\displaystyle 4.4×10^{−8}s\) ;.
b. 0,21 m
55. un\(\displaystyle 1.92×10^{−12}J\) ;.
b. 12 MeV ;
c. 12 mégaoctets ;
d\(\displaystyle 5.2×10^{−8}s\) ;.
e.\(\displaystyle 1.92×10^{−12}J\), 12 MeV, 12 V,\(\displaystyle 10.4×10^{−8}s\)
57. un\(\displaystyle 2.50×10^{−}2m\) ;.
b. Oui, cette distance entre leurs trajectoires est clairement suffisamment grande pour séparer le U-235 du U-238, puisqu'il s'agit d'une distance de 2,5 cm.
Problèmes supplémentaires
59. \(\displaystyle −7.2×10^{−15}N\hat{j}\)
61. \(\displaystyle 9.8×10^{−5}\hat{j}T\); les forces magnétiques et gravitationnelles doivent s'équilibrer pour maintenir un équilibre dynamique
63. \(\displaystyle 1.13×10^{−3}T\)
65. \(\displaystyle 1.6\hat{i}−1.4\hat{j}−1.1\hat{k})×10^5V/m\)
67. a. mouvement circulaire dans un plan nord, vers le bas ;
b.\(\displaystyle (1.61\hat{j}−0.58\hat{k})×10^{−14}N\)
69. Le proton a plus de masse que l'électron ; par conséquent, son rayon et sa période seront plus grands.
71. \(\displaystyle 1.3×10^{−25}kg\)
73. 1:0. 707:1
75. 1/4
77. un\(\displaystyle 2.3×10^{−4}m\) ;.
b.\(\displaystyle 1.37×10^{−4}T\)
79. un\(\displaystyle 30.0°\) ;.
b. 4,80 N
81. a. 0,283 N ;
b. 0,4 N ;
c. 0 N ;
d. 0 N
83. 0 N et 0,012 Nm
85. un\(\displaystyle 0.31Am^2\) ;.
b. 0,16 Nm
87. \(\displaystyle 0.024Am^2\)
89. un\(\displaystyle 0.16Am^2\) ;.
b. 0,016 Nm ;
environ 0,028 J
91. (Preuve)
93. \(\displaystyle 4.65×10^{−7}V\)
95. Puisque\(\displaystyle E=Blv\), où la largeur est le double du rayon\(\displaystyle I=2r,I=2r, I=nqAv_d\)\(\displaystyle v_d=\frac{I}{nqA}=\frac{I}{nqπr^2}\),\(\displaystyle E=B×2r×\frac{I}{nqπr^2}=\frac{2IB}{nqπr}∝\frac{1}{r}∝\frac{1}{d}.\) la tension de Hall est inversement proportionnelle au diamètre du fil.
97. \(\displaystyle 6.92×10^7m/s\); 0,602 m
99. un\(\displaystyle 2.4×10^{−19}C\) ;.
b. pas un multiple entier de e ;
c. nécessité de supposer que toutes les charges ont des multiples de e, peuvent être d'autres forces non prises en compte
101. a. B = 5 T ;
b. très gros aimant ;
c. appliquer une tension aussi élevée
Problèmes liés au défi
103. \(\displaystyle R=(mvsinθ)/qB;p=(\frac{2πm}{eB})vcosθ\)
105. \(\displaystyle IaL^2/2\)
107. \(\displaystyle m=\frac{qB_0^2}{8V_{acc}}x^2\)
109. 0,01 N