Vidéo question :: Comprendre les rôles des différences de potentiel dans un tube de Coolidge Physique

Transcription de la vidéo

Le schéma montre un tube de Coolidge utilisé pour la production de rayons X. Laquelle des différences de potentiel 𝑉 un et 𝑉 deux aurait la plus grande tension? (A) 𝑉 un, (B) 𝑉 deux, (C) l’une ou l’autre différence de potentiel pourrait avoir la plus grande tension, soit (D) les deux différences de potentiel ont la même tension.

Commençons par regarder la différence de potentiel 𝑉 un. 𝑉 un est responsable de la création d’une différence de charge entre les composants du tube de Coolidge, de la bobine cathodique chargée négativement et de la cible anodique chargée positivement. Cette différence de charge provoque une accélération des électrons de la bobine cathodique vers la cible anodique. Et quand un électron frappe la cible, un photon de rayons X est produit. La vitesse à laquelle ces électrons sont accélérés dans le tube dépend de la différence de potentiel 𝑉 un, c’est pourquoi 𝑉 un est souvent appelé la différence de potentiel d’accélération, car elle détermine l’accélération de ces électrons.

𝑉 deux, en revanche, ne fournit que la différence de potentiel à travers la bobine cathodique. Son but n’est pas d’augmenter l’accélération des électrons comme 𝑉 un, mais plutôt de fournir de l’énergie à la bobine cathodique. En effet, lorsque la bobine cathodique est alimentée, elle commence à chauffer à des températures très élevées et commence un processus appelé émission thermo-ionique, au cours duquel les électrons présents dans la bobine cathodique commencent à s’échapper. Pour cette raison, la différence de potentiel 𝑉 deux est souvent appelée différence de potentiel thermo-ionique car elle est responsable de l’émission thermo-ionique à partir de la bobine cathodique.

Maintenant que nous savons à quoi servent 𝑉 un et 𝑉 deux, regardons leurs valeurs typiques. 𝑉 un est responsable de l’accélération des électrons dans le tube de Coolidge, ce qui signifie qu’un 𝑉 plus élevé implique une accélération plus élevée des électrons, ce qui signifie que des photons de rayons X d’énergie supérieure sont également produits. Lorsque nous utilisons un tube Coolidge, c’est parce que nous voulons ces photons à rayons X de haute énergie, nous voulons une différence de potentiel élevée, très élevée, souvent dans les milliers ou les dizaines de milliers de volts.

En regardant 𝑉 deux, nous savons qu’il alimente uniquement la bobine cathodique. Une différence de potentiel thermo-ionique plus élevée permet à plus d’électrons de s’échapper de la bobine. Mais en fait, la plupart du temps, nous n’en avons pas besoin d’autant. Et donc la différence de potentiel thermo-ionique est généralement de neuf, 12 ou 15 volts, elle atteint rarement 100. Disons donc que ce sont des dizaines de volts. Donc, 𝑉 un, la différence de potentiel d’accélération, aura presque toujours la plus grande tension. Mais c’est comme cela que c’est et pour une bonne raison. La réponse (C) dit que la différence de potentiel pourrait avoir une tension plus grande, et cela pourrait être vrai. Et la même chose avec la réponse (D) aussi, les tensions pourraient potentiellement avoir la même valeur.

Mais faire l’une ou l’autre de ces choses n’avancerait pas vraiment beaucoup. Si 𝑉 un était réduit aux dizaines de volts, comme 𝑉 deux, alors l’accélération des électrons dans le tube de Coolidge serait presque inexistante. Les photons de rayons X qui seraient produits seraient si peu énergétiques qu’ils seraient très difficiles ou presque impossibles à détecter. Le scénario inverse où nous augmentons 𝑉 deux à des milliers ou des dizaines de milliers de volts est tout simplement très dangereux. Selon la composition de la bobine cathodique, celle-ci pourrait simplement fondre dans le fond du tube ou exploser, les deux l’endommageant de manière irréparable.

Pour ces raisons, la réponse à la question « Laquelle des différences de potentiel 𝑉 un et 𝑉 deux aurait la plus grande tension? » est (A) 𝑉 un, la différence de potentiel d’accélération.