磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应.ppt

磁流体发电机电磁流量计霍尔效应 一 磁流体发电机 等离子体 1 磁流体发电是一项新兴技术 它可以把物体的内能直接转化为电能 下图是它的示意图 平行金属板A B之间有一个很强的磁场 将一束等粒子体 即高温下电离的气体 含有大量正 负带电粒子 喷入磁场 AB两板间便产生电压 如果把AB和用电器连接 AB就是一个直流电源的两个电极 气体通常呈中性 但在高温下 气体会被电离成正负离子 这种状态下的气体称为等离子体 2 磁流体发电机的原理 1 装置 M N为平行金属 板间有匀强磁场 让等离子体从两板之间垂直进入匀强磁场 2 磁流体发电机的原理 正负离子 受到f洛 偏转 打到两金属板上 两板间产生电场 电压 当金属板与用电器组成闭合回路 金属板相当于电源 电荷量积累到一定程度 f洛 F电 粒子不再偏转 两板间电压达到最大 此后的粒子均做匀速直线运动 此时两板间电压即为电源的电动势 开始阶段 电压较小 f洛 F电 两板上电荷增多 场强 电压增大 设 平行金属板面积 S间距 L等离子体电阻率 喷入气体的速度 v磁场的磁感强度 B板外电阻 R求 R中的电流 Eq Bqv 电动势 E Ed Bvd 电流 I E R r 练习 如图所示是等离子体发电机的示意图 平行金属板间的匀强磁场的磁感应强度B 0 5T 两板间距离为20 要使AB端的输出电压为220V 则等离子垂直射入磁场的速度为多少 代入数据得v 2200m s 电流的方向如何 由B到A 二 电磁流量计1 用途 测量可导电流体 如污水 在管中的流量 单位时间内通过管内横截面的流体的体积 2 模型 横截面为长方形的一段管道 中空部分的长 宽 高分别为图中的a b c 两端与输送液体的管道相连 图中虚线 上下两面是金属材料 前后两面是绝缘材料 3 工作原理 将流量计放在匀强磁场B中 磁场方向垂直于前后两面 当导电液体 正 负离子 流经该管道时 导体上下表面带电 最终会达到稳定状态 此时上 下表面间的电压即为电源的电动势 此后的导体流体将在管中做匀速运动 流过管内横截面的流体的体积保持稳定 这时 就可测出 导电液体的流量Q 单位时间内通过管内横截面的流体的体积 Q vS vbc Q的计算公式 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 导电液体在管中向左流动 导电液体中的自由电荷要洛沦兹力的作用下偏转 形成电场 当电场力与洛伦兹力平衡时 a b两点的电势差就保持稳定 例 将流量计放在匀强磁场B中 磁场方向垂直前后两面 当导电液体流经流量计的流量稳定时 在管外将流量计上 下两表面间接入电阻R和电流表 若用I表示测得的电流值 已知流体的电阻率为 不计电流表的内阻 则可求得流量为A I bR c a BB I aR b c BC I cR a b BD I R bc a B R 1 流量计上 下两面间稳定的电势差为 由qU c qvB得 U Bcv 2 电源内阻 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 定义 当通有电流的导体处在垂直于电流方向的磁场中时 会在导体的上 下表面产生电压 这一现象称为 2 霍尔电压 导体的上 下表面所达到的稳定的电压 四 霍尔效应 3 霍尔电压的计算式 当磁场不太强时 电势差U 电流I和B的关系为 k 霍尔系数 UH 霍尔电压 UH Bvd 霍尔系数 例 如图所示 长方形玻璃水槽中盛有NaCl水溶液 在水槽的左右侧c d的内侧各装一导体片 使溶液中通入沿x轴正方向的电流I 沿y轴正方向加恒定的匀强磁场B 图中a b是垂直于z轴方向的前后两侧面 则 A a处电势等于b处电势B a处离子浓度大于b处离子浓度C 溶液的上表面电势等于下表面电势D 溶液的上表面处离子浓度大于下表面处的离子浓度 x 分析 1 电解质中运动的钠离子沿电流方向运动 图中为右 而氯离子沿电流的反方向运动 图中为左 2 由左手定则 它们所受的洛仑兹力都使它们偏向a侧面 故 a侧面离子浓度大于b侧面的离子浓度但由于到达a侧面的电荷量相互抵消 故a侧面不带电 b侧面也不带电 导体中无电场存在 因此 导体内各点电势均相等 故a b侧面电势相等 上 下面也等 3 上 下表面离子浓度均相等 例 如图所示 一块通电的铜板放在磁场中 铜板的板面与磁场垂直 板内通有图示方向的电流a b分别是铜板的左右边缘的两点 则A 电势 a bB 电势 a bC 电流增大 a b增大D 其它条件不变 将铜板改为NaCl水溶液时 空间各点的电势大小与铜板导电时的情况一样 分析 铜板中导电的电荷是电子 定向移动的速度方向与电流的方向相反 由左手定则可判断电子在磁场中偏转的方向偏向a侧 a板带负电 b板带正电 发生霍尔效应 电势 a b 稳定时 电子受力平衡 电解质中运动的Na离子和Cl离子受磁场力作用均偏向b侧 使b侧离子浓度大于a侧的离子浓度 则NaCl水溶液中各处电势都相等 例 一块金属立方体三边长度分别为a b c 将它连在直流电路中 电流表A的示数为I 如图所示 现于空间加上方向竖直向下 磁感应强度为B的匀强磁场 并于金属块前后两表面之间连接一个直流电压表V 其示数为U 试求 1 电压表接线柱m n中哪一个是正接线柱 哪一个是负接线柱 2 金属中的载流子 自由电子 的定向运动的速率v多大 3 金属中的载流子密度n多大 n 单位体积内由电荷数 1 n m谁是正接线柱 2 电子的速度v 霍尔电势差为U 3 载流子的密度n n为正 m为负 由 I nesv 得