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磁流體發(fā)電機(jī)電磁流量計霍爾效應(yīng) 一 磁流體發(fā)電機(jī) 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(qiáng)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(fù)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(fù)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(jī)的原理 1 裝置 M N為平行金屬 板間有勻強(qiáng)磁場 讓等離子體從兩板之間垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場 2 磁流體發(fā)電機(jī)的原理 正負(fù)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(dāng)金屬板與用電器組成閉合回路 金屬板相當(dāng)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(dá)到最大 此后的粒子均做勻速直線運(yùn)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(qiáng) 電壓增大 設(shè) 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(qiáng)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(xí) 如圖所示是等離子體發(fā)電機(jī)的示意圖 平行金屬板間的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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(dǎo)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(qiáng)磁場B中 磁場方向垂直于前后兩面 當(dāng)導(dǎo)電液體 正 負(fù)離子 流經(jīng)該管道時 導(dǎo)體上下表面帶電 最終會達(dá)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(dǎo)體流體將在管中做勻速運(yùn)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(dǎo)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(dǎo)電液體在管中向左流動 導(dǎo)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(dāng)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(qiáng)磁場B中 磁場方向垂直前后兩面 當(dāng)導(dǎo)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(dāng)通有電流的導(dǎo)體處在垂直于電流方向的磁場中時 會在導(dǎo)體的上 下表面產(chǎn)生電壓 這一現(xiàn)象稱為 2 霍爾電壓 導(dǎo)體的上 下表面所達(dá)到的穩(wěn)定的電壓 四 霍爾效應(yīng) 3 霍爾電壓的計算式 當(dāng)磁場不太強(qiáng)時 電勢差U 電流I和B的關(guān)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(dǎo)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(qiáng)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(yùn)動的鈉離子沿電流方向運(yùn)動 圖中為右 而氯離子沿電流的反方向運(yùn)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(dá)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(dǎo)體中無電場存在 因此 導(dǎo)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(dǎo)電時的情況一樣 分析 銅板中導(dǎo)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(fù)電 b板帶正電 發(fā)生霍爾效應(yīng) 電勢 a b 穩(wěn)定時 電子受力平衡 電解質(zhì)中運(yùn)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(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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(fù)接線柱 2 金屬中的載流子 自由電子 的定向運(yùn)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(fù) 由 I nesv 得