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1、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
2、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
3、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
4、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 = v bc,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
5、求得流量为 AI (bR+c/a) /B BI (aR+b/c) /B CI (cR+a/b) /B DI (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 ) /Bc Q =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
6、,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
7、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ab B. 电势ab C. 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,
8、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：,