S01 E05 Les aimants bizarres
Publié le jeu. 06 août 2020 dans PQT , modifié le:
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Schéma de l'expérience historique
Assez peu de vulgarisations sur le sujet expliquent pourquoi les aimants de l'expérience de Stern et Gerlach ont cette forme bizarre. Or, s’il y a une chose que j’ai comprise dans mon métier précédent, c’est que très souvent, les gens qui se croient nuls en physique ou en maths ne le sont pas du tout. Au contraire! Ce qui les met en difficulté, très souvent, c’est qu’ils se posent trop de questions auxquels leurs profs n’ont pas le temps de répondre.
Nous allons donc prendre le temps d'étudier cette question.
Notre expérience de pensée
Notre expérience de pensée
Notre objectif, c’est de dévier les atomes d’un jet de vapeur d’argent avec des aimants. Pour ça, clairement, l’aimant ordinaire de notre expérience de pensée ne va pas suffire. En effet, l'aimantation d'un atome d'argent, ça va être très léger et en plus, un atome d'argent qui sort d'un four après avoir été volatilisé, ça va très vite [1]. Il nous faut quelque chose de beaucoup plus musclé.
Un aimant plus gros ne suffira pas davantage.
Electroaimants
Deux électroaimants anciens
Il va nous falloir utiliser des électroaimants.
La photographie de gauche montre un électroaimant utilisé en 1915 pour tenter d’enlever des éclats métalliques des yeux de soldats blessés. Il a une particularité, c’est qu’il se termine par un pointe fine. Les champs magnétiques sont plus intenses au voisinage d’une pointe.
La photographie de droite montre un électroaimant plus ancien. Il a été utilisé par le grand savant Faraday. Il se replie sur lui-même, de sorte que le champ est renforcé entre les deux pôles, qui se touchent presque.
Pour réaliser notre expérience, il va nous falloir un électroaimant très puissant, avec des pôles fins, et nous placer entre ses pôles.
Une mauvaise idée
Une mauvaise idée
Mais quelle forme donner à ces pôles ?
Faire ceci serait une mauvaise idée. Pourquoi ?
Parce que le champ serait très certes puissant mais que le pôle nord de l'aimant repousserait le pôle nord de l’atome aussi fort que le pôle sud de l'aimant repousserait le pôle sud de l'atome dans l’autre sens.
Inversement, si on inversait la position de l'atome, le pôle nord attirait l’atome aussi fort que le pôle sud l’attirerait dans l’autre sens.
Bref, le champ magnétique serait certes très puissant, mais son effet de déviation sur nos atomes serait nul
Ce qu’il nous faut, c’est un champ magnétique à la fois très puissant et très peu homogène, avec une pointe au niveau du pôle Nord, pour le renforcer, et un creux du côté du pôle sud, pour l’affaiblir. Ainsi, l'un des deux pôles l'emportera sur l'autre et l'effet deviendra sensible.
La solution
Les aimants historiques
Et c'est bien ce qu’ont fait Stern et Gerlach, comme on le voit sur la gravure de la plaque commémorative.
D'ailleurs , les aimants d’origine ont été conservés dans un musée. Les voici. Le montage final
Le montage historique
Bien, maintenant que nous savons quelle forme donner à nos électroaimants, « Yapuka » inventer un four capable de chauffer de l’argent assez fort pour en faire de la vapeur, une fente très fine pour envoyer un fin pinceau d’argent dans le dispositif et pouvoir observer l’effet attendu et aussi une pompe à vide pour que nos atomes d’argent ne soient pas trop gênés par ceux de l’air ambiant pendant leur parcours. Bref, « yapuka » faire un travail énorme pour passer de l‘expérience de pensée à l’expérience réelle et aboutir enfin au montage de l’expérience historique.
Le montage historique
Maintenant, Nous pouvons enfin lancer l’expérience et observer les résultats. C’est ce que nous ferons dans la prochaine vidéo.
Notes et références
| [1] | Très vite à quel point? C'est un calcul un peu difficile, alors donnons tout de suite la réponse: environ 500 mètres par seconde, soit 1800 km/h. Pour les dévier, il va nous falloir des aimants vraiment puissants! Si vous souhaitez vérifier, voici une vidéo qui explique le calcul, par Benoît Hébert, Lycée Wallon de Valenciennes, Youtube, 2016. C'est évidemment très au-dessus de notre petit niveau de touriste, mais ça peut être une mine de renseignements pour les étudiants qui se seraient égarés dans notre vulgarisation. https://www.youtube.com/watch?v=BLQwE4scMxs |
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