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磁流體發(fā)電機電磁流量計霍爾效應 一 磁流體發(fā)電機 等離子體 1 磁流體發(fā)電是一項新興技術(shù) 它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能 下圖是它的示意圖 平行金屬板A B之間有一個很強的磁場 將一束等粒子體 即高溫下電離的氣體 含有大量正 負帶電粒子 噴入磁場 AB兩板間便產(chǎn)生電壓 如果把AB和用電器連接 AB就是一個直流電源的兩個電極 氣體通常呈中性 但在高溫下 氣體會被電離成正負離子 這種狀態(tài)下的氣體稱為等離子體 2 磁流體發(fā)電機的原理 1 裝置 M N為平行金屬 板間有勻強磁場 讓等離子體從兩板之間垂直進入勻強磁場 2 磁流體發(fā)電機的原理 正負離子 受到f洛 偏轉(zhuǎn) 打到兩金屬板上 兩板間產(chǎn)生電場 電壓 當金屬板與用電器組成閉合回路 金屬板相當于電源 電荷量積累到一定程度 f洛 F電 粒子不再偏轉(zhuǎn) 兩板間電壓達到最大 此后的粒子均做勻速直線運動 此時兩板間電壓即為電源的電動勢 開始階段 電壓較小 f洛 F電 兩板上電荷增多 場強 電壓增大 設 平行金屬板面積 S間距 L等離子體電阻率 噴入氣體的速度 v磁場的磁感強度 B板外電阻 R求 R中的電流 Eq Bqv 電動勢 E Ed Bvd 電流 I E R r 練習 如圖所示是等離子體發(fā)電機的示意圖 平行金屬板間的勻強磁場的磁感應強度B 0 5T 兩板間距離為20 要使AB端的輸出電壓為220V 則等離子垂直射入磁場的速度為多少 代入數(shù)據(jù)得v 2200m s 電流的方向如何 由B到A 二 電磁流量計1 用途 測量可導電流體 如污水 在管中的流量 單位時間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積 2 模型 橫截面為長方形的一段管道 中空部分的長 寬 高分別為圖中的a b c 兩端與輸送液體的管道相連 圖中虛線 上下兩面是金屬材料 前后兩面是絕緣材料 3 工作原理 將流量計放在勻強磁場B中 磁場方向垂直于前后兩面 當導電液體 正 負離子 流經(jīng)該管道時 導體上下表面帶電 最終會達到穩(wěn)定狀態(tài) 此時上 下表面間的電壓即為電源的電動勢 此后的導體流體將在管中做勻速運動 流過管內(nèi)橫截面的流體的體積保持穩(wěn)定 這時 就可測出 導電液體的流量Q 單位時間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積 Q vS vbc Q的計算公式 Bqv Eq qu c得v U Bc Q bU B 流量 Q Sv dU 4B Bqv Eq qu d得v U Bd 導電液體在管中向左流動 導電液體中的自由電荷要洛淪茲力的作用下偏轉(zhuǎn) 形成電場 當電場力與洛倫茲力平衡時 a b兩點的電勢差就保持穩(wěn)定 例 將流量計放在勻強磁場B中 磁場方向垂直前后兩面 當導電液體流經(jīng)流量計的流量穩(wěn)定時 在管外將流量計上 下兩表面間接入電阻R和電流表 若用I表示測得的電流值 已知流體的電阻率為 不計電流表的內(nèi)阻 則可求得流量為A I bR c a BB I aR b c BC I cR a b BD I R bc a B R 1 流量計上 下兩面間穩(wěn)定的電勢差為 由qU c qvB得 U Bcv 2 電源內(nèi)阻 r l S c ab 3 由I E R c ab Bcv I R c ab 得 v I R c ab BcQ vS vbc I bR c a B 1 定義 當通有電流的導體處在垂直于電流方向的磁場中時 會在導體的上 下表面產(chǎn)生電壓 這一現(xiàn)象稱為 2 霍爾電壓 導體的上 下表面所達到的穩(wěn)定的電壓 四 霍爾效應 3 霍爾電壓的計算式 當磁場不太強時 電勢差U 電流I和B的關系為 k 霍爾系數(shù) UH 霍爾電壓 UH Bvd 霍爾系數(shù) 例 如圖所示 長方形玻璃水槽中盛有NaCl水溶液 在水槽的左右側(cè)c d的內(nèi)側(cè)各裝一導體片 使溶液中通入沿x軸正方向的電流I 沿y軸正方向加恒定的勻強磁場B 圖中a b是垂直于z軸方向的前后兩側(cè)面 則 A a處電勢等于b處電勢B a處離子濃度大于b處離子濃度C 溶液的上表面電勢等于下表面電勢D 溶液的上表面處離子濃度大于下表面處的離子濃度 x 分析 1 電解質(zhì)中運動的鈉離子沿電流方向運動 圖中為右 而氯離子沿電流的反方向運動 圖中為左 2 由左手定則 它們所受的洛侖茲力都使它們偏向a側(cè)面 故 a側(cè)面離子濃度大于b側(cè)面的離子濃度但由于到達a側(cè)面的電荷量相互抵消 故a側(cè)面不帶電 b側(cè)面也不帶電 導體中無電場存在 因此 導體內(nèi)各點電勢均相等 故a b側(cè)面電勢相等 上 下面也等 3 上 下表面離子濃度均相等 例 如圖所示 一塊通電的銅板放在磁場中 銅板的板面與磁場垂直 板內(nèi)通有圖示方向的電流a b分別是銅板的左右邊緣的兩點 則A 電勢 a bB 電勢 a bC 電流增大 a b增大D 其它條件不變 將銅板改為NaCl水溶液時 空間各點的電勢大小與銅板導電時的情況一樣 分析 銅板中導電的電荷是電子 定向移動的速度方向與電流的方向相反 由左手定則可判斷電子在磁場中偏轉(zhuǎn)的方向偏向a側(cè) a板帶負電 b板帶正電 發(fā)生霍爾效應 電勢 a b 穩(wěn)定時 電子受力平衡 電解質(zhì)中運動的Na離子和Cl離子受磁場力作用均偏向b側(cè) 使b側(cè)離子濃度大于a側(cè)的離子濃度 則NaCl水溶液中各處電勢都相等 例 一塊金屬立方體三邊長度分別為a b c 將它連在直流電路中 電流表A的示數(shù)為I 如圖所示 現(xiàn)于空間加上方向豎直向下 磁感應強度為B的勻強磁場 并于金屬塊前后兩表面之間連接一個直流電壓表V 其示數(shù)為U 試求 1 電壓表接線柱m n中哪一個是正接線柱 哪一個是負接線柱 2 金屬中的載流子 自由電子 的定向運動的速率v多大 3 金屬中的載流子密度n多大 n 單位體積內(nèi)由電荷數(shù) 1 n m誰是正接線柱 2 電子的速度v 霍爾電勢差為U 3 載流子的密度n n為正 m為負 由 I nesv 得