Applications : sélecteur de vitesse, effet Hall, spectromètre de masse

Le sélecteur de vitesse

On superpose un champ électrique E et un champ magnétique B perpendiculaires entre eux et à la vitesse v des particules. La force de Lorentz totale est F = qE + q(v x B). Pour une vitesse particulière v0 telle que qE et q(v x B) se compensent exactement, la particule traverse sans déviation :

v0 = E/B

Seules les particules de cette vitesse précise sortent en ligne droite ; les autres sont déviées et filtrées. Ce dispositif sélectionne une vitesse indépendamment de la masse ou de la charge.

L'effet Hall

Dans un conducteur plat parcouru par un courant I et plongé dans un champ B perpendiculaire, les porteurs de charge sont déviés par la force magnétique, ce qui crée une accumulation de charge sur les bords et donc une tension transverse U_H (tension de Hall), proportionnelle à I*B et inversement proportionnelle à l'épaisseur et à la densité de porteurs. L'effet Hall permet de mesurer B, de déterminer le signe des porteurs de charge, et sert de capteur dans de nombreux dispositifs (sondes à effet Hall).

Le spectromètre de masse

Après sélection en vitesse, les ions pénètrent dans une région où règne seul un champ B. Ils suivent alors une trajectoire circulaire de rayon r = mv/(qB). En mesurant r, on remonte au rapport m/q, ce qui permet d'identifier des isotopes ou des molécules selon leur masse.

Piège classique

Dans le sélecteur de vitesse, bien orienter E et B pour que les forces s'opposent (et non s'additionnent) ; sinon aucune vitesse n'est filtrée, toutes les particules sont déviées dans le même sens.