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1、磁流体发电机磁流体发电机电磁流量计电磁流量计霍尔效应霍尔效应一一.磁流体发电机磁流体发电机（等离子体）：等离子体）：1 1、磁流体发电是一项新磁流体发电是一项新兴技术，它可以把兴技术，它可以把物体的内能物体的内能直接转化为直接转化为电能电能，下下图是它的图是它的示意图，平行金属板示意图，平行金属板A A、B B之间之间有一个很强的磁场，将一束等有一个很强的磁场，将一束等粒子体（即高温下电离的气体，粒子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，入磁场，ABAB两板间便产生电压。两板间便产生电压。如果把如果把ABAB和用电器连接，和用电器连接，ABAB就就
2、是一个直流电源的两个电极。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，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。这种状态下的气体称为等离子体。2 2、磁流体发电机的原理：、磁流体发电机的原理：（1）装置：）装置：M、N为平行金属，板间有匀强磁场，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让等离子体从两板之间垂直进入匀强磁场。MNv（2 2）磁流体发电机的原理：）磁流体发电机的原理：正负离子正负离子受到受到f洛洛偏转偏转打到两金属打到两金属板上板上 两板间产生电场、电压。两板间产生电场、电压。MNv当
3、金属板与用电器组成闭合回路，金属板相当于电源。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：电荷量积累到一定程度：f洛洛=F电电 粒子不再偏转粒子不再偏转两板间电压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为电源的电动势开始阶段：电压较小开始阶段：电压较小 f洛洛F电电两两板上板上电荷增多电荷增多场强、电压增大。场强、电压增大。设：平行金属板面积设：平行金属板面积-S 间距间距-L 等离子体电阻率等离子体电阻率-喷喷入气体的速度入气体的速度-v 磁磁场场的磁感的磁感强强度度-B 板
4、外板外电电阻阻 -R求：求：R中的中的电电流流Eq=Bqv电动势：电动势：E=Ed=Bvd电流：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，两板间距离为两板间距离为20，要使，要使AB端的输出电压为端的输出电压为220V，则等离子垂直射入磁场的速度为多少？，则等离子垂直射入磁场的速度为多少？代入数据得代入数据得v=2200m/s电流的方向如何？电流的方向如何？电流的方向如何？电流的方向如何？由由由由B B到到到到A A二二、电磁流量计、电磁流量计1 1、
5、用途：测量可导电流体（如污水）在管中的流量、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）（单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。2 2、模型：横截面为长方形的一段管道，中空部分的长、宽、高、模型：横截面为长方形的一段管道，中空部分的长、宽、高 分别为图中的分别为图中的 a a、b b、c c，两端与输送液体的管道相连，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（图中虚线），上下两面是金属材料，前后两面是绝 缘材料。缘材料。bacB 3 3、工作原理：、工作原理：将流量计放在匀强磁场将流量计放在匀强磁场 B B中中,磁场方向
6、垂直于前后两面。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）。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：导电液体的面的流体的体积保持稳定。这时，就可测出：导电液体的流量流量Q Q（单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。（单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。bacBQ=vS=v bcQ 的计
7、算公式：的计算公式：Bqv=Eq=qu/c得得v=U/BcQ=bU/B流量：流量：Q=Sv=dU/4Bdba导电导电液体液体Bqv=Eq=qu/d得得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，洛伦兹力平衡时，a、b两点的电势差就保持稳定两点的电势差就保持稳定例：将流量计放在匀强磁场例：将流量计放在匀强磁场B B中中,磁场方向垂直前后磁场方向垂直前后 两面。当导电液体流经流量计的流量稳定时，在两面。当导电液体流经流量计的流量稳定时，在
8、管外将流量计上、下两表面间接入电阻管外将流量计上、下两表面间接入电阻R R和电流和电流 表。若用表。若用I表示测得的电流值。已知流体的电阻率为表示测得的电流值。已知流体的电阻率为，不计电流表的内阻，则可求得流量为，不计电流表的内阻，则可求得流量为 AI(bR+c/a)/B BI(aR+b/c)/B CI(cR+a/b)/B DI(R+bc/a)/BbacBAR（1）流量计上、下两面间稳定的电势差为：）流量计上、下两面间稳定的电势差为：由由 qU/c=qvB 得：得：U=Bcv（2）电源内阻：）电源内阻：r=l/S=c/ab（3）由）由 I=E/(R+c/ab)Bcv=I(R+c/ab)得：得：
9、v=I(R+c/ab)/Bc Q=vS=vbc =I(bR+c/a)/BbacBA1 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，、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，这一现象称为会在导体的上、下表面产生电压，这一现象称为金属导体金属导体IvfEqEfd2 2、霍尔电压：导体的上、下表面所达到的稳定的电压。、霍尔电压：导体的上、下表面所达到的稳定的电压。四、霍尔效应四、霍尔效应3、霍尔电压的计算式：、霍尔电压的计算式：当磁场不太强时，电势差当磁场不太强时，电势差U、电流、电流I和和B的关系为：的关系为：k-霍尔系数：霍尔系数：UH +d
10、bIB霍尔电压：霍尔电压：UH=Bvd.霍尔电压霍尔电压：由由I=nqSv=nqSv，v v可表示为：可表示为：I/nqS/nqS霍尔系数霍尔系数：例例：如图所示，长方形玻璃水槽中盛有如图所示，长方形玻璃水槽中盛有 NaCl 水溶液，水溶液，在在水槽的左右侧水槽的左右侧 c、d 的内侧各装一导体片，使溶液中通的内侧各装一导体片，使溶液中通 入沿入沿x 轴正方向的电流轴正方向的电流I，沿，沿y 轴正方向加恒定的匀强磁轴正方向加恒定的匀强磁 场场B，图中，图中a、b是垂直于是垂直于z轴方向的前后两侧面，则：轴方向的前后两侧面，则：A.a 处电势等于处电势等于b 处电势处电势 B.a 处离子浓度大于
11、处离子浓度大于b 处离子浓度处离子浓度 C.溶液的上表面电势等于下表面电势溶液的上表面电势等于下表面电势 D.溶液的上表面处溶液的上表面处 离子浓度大于下表面处离子浓度大于下表面处 的离子浓度的离子浓度xBbcNaIdZy分析：分析：（1）电解质中运动的钠离子沿电流方向运动（图中为右）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）。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由左手定则，它们所受的洛仑兹力都使它们偏向a 侧面侧面,故：故：a侧面离子浓度大于侧面离子浓度大于b侧面的离子浓度侧面的离子浓度 但由于到达
12、但由于到达a侧面的电荷量相互抵消，故侧面的电荷量相互抵消，故a侧面不带电，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。故点电势均相等。故a、b侧面电势相等；上、下面也等侧面电势相等；上、下面也等（3）上、下表面离子浓度均相等。）上、下表面离子浓度均相等。BbcNaIdZy例：如图所示例：如图所示,一块通电的铜板放在磁场中一块通电的铜板放在磁场中,铜板铜板的板面与磁场垂直的板面与磁场垂直,板内通有图示方向的电流板内通有图示方向的电流 a、b分别是铜板的左右边缘的分别是铜板的左右边缘的 两点，则两点，则 A.电势电势ab
13、 B.电势电势ab C.电流增大电流增大,a-b 增大增大 D.其它条件不变其它条件不变,将铜板改为将铜板改为NaCl水溶液时水溶液时,空间各点的电势大小与铜板导电时的情况一样空间各点的电势大小与铜板导电时的情况一样abI 分析：铜板中导电的电荷是电子，定向移动的速度方向分析：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偏转的方向偏向a 侧，侧，a板带负电，板带负电，b板带正电，发生板带正电，发生霍尔效应，电势霍尔效应，电势a b。稳定时，电子受力平衡稳定时，电子受力平衡 电解质中运动的电解
14、质中运动的 Na离子和离子和Cl 离子受磁场力作用离子受磁场力作用 均偏向均偏向b侧侧,使使b 侧离子浓度大于侧离子浓度大于a 侧的离子浓度侧的离子浓度,则则NaCl 水溶液中各处电势都相等水溶液中各处电势都相等.例例：一一块块金金属属立立方方体体三三边边长长度度分分别别为为a、b、c，将将它它连连在在直直流流电电路路中中，电电流流表表A的的示示数数为为I，如如图图所所示示现现于于空空间间加加上上方方向向竖竖直直向向下下、磁磁感感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场，并并于于金金属属块块前前后后两两表表面面之之间间连连接接一一个直流电压表个直流电压表V，其示数为，其示数为U试求：试求：（1）电压表接线柱）电压表接线柱m、n中哪一个是正接线柱？中哪一个是正接线柱？哪一个是负接线柱？哪一个是负接线柱？（2）金属中的载流子（自由电子）金属中的载流子（自由电子）的定向运动的的定向运动的 速率速率v多大？多大？（3）金属中的载流子）金属中的载流子 密度密度n 多大？多大？n n：单位体积内由电荷数：单位体积内由电荷数1 1）n n、mm谁是正接线柱？谁是正接线柱？2 2）电子的速度电子的速度v v：霍尔电势差为霍尔电势差为U3 3）载流子的密度）载流子的密度n n：n n为正、为正、mm为负为负由：由：I I=nesv，得得：