Principe du microscope électronique

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Exercices
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Énergie, matière et rayonnement

Le microscope électronique utilise un faisceau d’électrons qui « éclaire » une cible et en renvoie une image. Le pouvoir de résolution de ce type de microscope est très supérieur à un microscope optique, du fait de la petitesse des longueurs d’onde de de Broglie associées aux électrons. Un microscope optique peut grossir jusqu’à 2 000 fois, un microscope électronique jusqu’à 2 millions de fois.

Principe d’un microscope électronique

Un microscope électronique en transmission (voir figure ci-dessus) utilise une cathode de métal comme source d’électrons qui sont ensuite accélérés par une différence de potentiel de 0,1 à 2 kV.

Le faisceau d’électrons est ensuite condensé par une série de lentilles électrostatiques ou électromagnétiques et arrive ensuite sur la cible à étudier. Les électrons sont en partie diffusés par la cible, en partie transmis. Les électrons transportent ainsi une information sur l’échantillon à étudier.

L’image est alors enregistrée sur caméra CCD et traitée par un logiciel adapté.

Dans cet exercice on définit le grossissement G comme le rapport du plus petit objet observable à l’œil nu sur le plus petit objet (théoriquement) observable avec le microscope.

Données.

  •  Charge de l’électron : .
  •  Masse d’un électron : .

1. On considère qu’à l’œil nu les plus petits objets visibles sont de taille minimale . Comment peut-on justifier simplement qu’un microscope optique a un grossissement maximum d’environ 2 000 ?

2. Pourquoi doit-on mettre l’échantillon à observer dans le vide ? (Voir la figure.)

3. Sur la figure, à quoi servent les lentilles de mise au point et le condenseur ? Sont-elles en verre ?

4. On considère que l’énergie cinétique des électrons est donnée par la formule : , où V est la tension électrique accélératrice.

Compléter le tableau suivant :

0,1

0,5

1,0

1,5

2,0

         

5. En utilisant le tableau précédent et en supposant que la quantité de mouvement des électrons s’écrit , calculer les quantités de mouvement dans chacun des cas indiqués.

6. Calculer les longueurs d’onde de de Broglie dans chacun des cas précédents (en pm : ).

7. En tenant compte des valeurs de longueurs d’onde trouvées, justifier les valeurs de grossissement du microscope électronique indiquées dans le texte.