Microscope optique et microscope électronique.
bac S Nlle Calédonie  03 / 2017.




Principe de base du microscope électronique à balayage ( MEB).
Le faisceau incident est un faisceau d'électrons. Les électrons sont  d'abord extraits un à un d'un filament métallique chauffé à très haute température. Ils sont ensuite accélérés, sur une distance d1 = 10 cm par un champ électrique E uniforme. Les électrons sont focalisés et guidés par des champs magnétiques. Is ont tous la même vitesse et vont ensuite interagir avec une portion  de surface de l'échantillon à analyser.
Pouvoir de résolution d'un microscope.
Le pouvoir de  résolution d'un microscope évalue sa capacité à distinguer deux points A et B. Toute image obtenue par un microscope résulte de l'interaction entre un faisceau incident et la matière de l'échantillon étudié. C'est un faiisceau lumineux  dans le cas d'un microscope optique, un faisceau d'électrons dans le cas du MEB.  Le phénomène de diffraction du faisceau joue un rôle dans la limitation du pouvvoir de résolution d'un microscope. Avec un microoscope optique fonctionnant avec de la lumière visible, on considère que l'on peut distinguer deux points A et B si la distance qui les sépare est supérieure à la moitié de la longueur d'onde du rayonnement incident. Tandis qu'avec un MEB, cette distance doit être supérieure à environ 50 fois la longueur d'onde de de Broglie associée au faisceau d'électrons.
1. Observation avec un microoscope optique.
Indiquer l'oordre de  grandeur de la dimension des plus petits détails que l'on peut distinguer à l'aide d'un microscope optique.
Longueur d'onde moyenne du domaine visible : 600 nm.
Dimension du plus ppetit détail observable : 300 nm ( 3 10-7 m).
2. Observation de bbactéries à l'aide d'un MEB.

L'image précédente a été obtenue avec un MEB dont le champ électrique a pour valeur E = 10,0 kV m-1.




2.1. Montrer que dans ces conditions, le poids de l'électron est négligeable devant la force électrique.
Poids : P = mg = 9,1 10-31 x 9,8 ~8,9 10-30 N.
Force électrique : F = e E = 1,6 10-19 x1,00 104 =1,6 10-15 N.
F / P ~1,8 1014.
2.2. Quel phénomène évoqué dans le texte introductif permet d'illustrer le comportement ondulatoire des électrons ?
La diffraction illustre le caractère ondulatoire du faisceau d'électrons.










A l'issue de la phase d'accélération, l'énergie cinétique des électrons vaut Ec = 1,6 10-15 J.
2.3. Exprimer la quantité de mouvement p d'un électron en fonction de la longueur d'onde de de Broglie l qui lui est associée, puis montere que  cette longueur d'onde est donnée par l'expression : l = h / (2mEc)½.
p =mv = h / l ou l = h / p ;  Ec =½mv2  = (mv)2 / (2m) = p2 / (2m) soit p =
(2mEc)½.
Par suite :
l = h / (2mEc)½.
2.4. Comparer la taille des plus petits détails observables avec ce MEB et la taille de ceux observés avec un microscope optique.
l = h / (2mEc)½ = 6,63 10-34 /(2 x 9,1 10-31 x1,6 10-15)½ ~1,2 10-11 m.
Dimension du plus petit détail observable : 50 x1,2 10-11 ~ 6,0 10-10 m, soit 500 fois plus petit que dans le cas du microscope optique.
2.5. Pourquoi faut-il utiliser un MEB et non un micriscope optique afin d'observer les détails de la surface des bactéries salmonella typhimurium représentés sur la photo ?
Dimension des détails de la surface de ces bactéries : inférieure à 100 nm.
Pouvoir de résolution du microscope optique : 300 nm.
Pouvoir de  résolution du MEB : 0,6 nm.
Le MEB permet d'observer les détails de cette bactérie, tandis que le microscope optique ne convient pas.
2.6. Indiquer un paramètre expérimental qui peut être modifié afin d'améliorer le pouvoir de résolution du MEB.
On peut augmenter l'énergie cinétique des électrons, c'est à dire faire croître la valeur du champ électrique E.




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