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1、学习必备 欢迎下载 专题复习：磁流体发电机的原理及应用 一、考点精讲 磁流体发电机，又叫等离子发电机，是根据电磁感应原理，用导电流体，例如空气或液体，与磁场相对运动而发电的一种设备。磁流体发电，是将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中去，利用磁场对带电的流体产生的作用，从而发出电来。下面简单介绍一下磁流体发电机的原理和理想模型电动势、电功率推导。如图所示，在外磁场中的载流导体除受安培力之外，还会在与电流、外磁场垂直的方向上出现电荷分离，而产生电势差或电场，称其为霍尔效应。若载流导体为导电的流体粒子，以很高的速度射入磁场，就可在两极板间产生电动势。从微观角度来说，当一束速度是 v
2、 的粒子进入磁场强度为 B的磁场一段时间后，粒子所受的电场力和洛伦兹力相等 BvEBvqEq 这时，粒子进入磁场后不再发生偏转，它所产生的电动势 BvdEd 这样就形成了磁流体发电机的原型。利用下图进行理想模型电动势、电功率的推导。我们可以将运动的粒子可看成一根根切割磁力线的导电棒，根据法拉第电磁感应定律，会在棒两端产生动生电动势，如下图所示：+B E 磁流体发电机示意图 v 学习必备 欢迎下载 为了方便求解，假设0v在运动过程中不变，其中pF是外界的推力，AF是安培力。22202020200max0rRRdvBrRRvFprRdvBFFIrRdBvrRIRdKqBvIpKqIdBvBIdFF
3、LLLLpLApLLLAp饱和饱和饱和时，当外接电阻是 所以利用磁流体发电，只要加快带电流体的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率。二、例题精讲 例 1：25、（20 分）由于受地球信风带和盛西风带的影响，在海洋中形成一种河流称为海流。海流中蕴藏着巨大的动力资源。据统计，世界大洋中所有海洋的发电能力达 109 kW。早在 19 世纪法拉第就曾设想，利用磁场使海流发电，因为海水中含有大量的带电离子，这些离子随海流做定向运动，如果有足够强的磁场能使这些带电离子向相反方向偏转，便有可能发出电来。目前，日本的一些科学家将计划利用海流d 电动势、电功率模型原理图 极高的速度喷射到磁场中去利用磁场
4、对带电的流体产生的作用从而发出现电荷分离而产生电势差或电场称其为霍尔效应若载流导体为导电的流等这时粒子进入磁场后不再发生偏转它所产生的电动势这样就形成了磁学习必备 欢迎下载 建造一座容量为 1 500 kW的磁流体发电机。如图所示为一磁流体发电机的原理示意图，上、下两块金属板 MN水平放置浸没在海水里，金属板面积均为 S=l102m2，板间相距 d=100 m海水的电阻率=0.25 m在金属板之间加一匀强磁场，磁感应强度 B=0.1T，方向由南向北，海水从东向西以速度 v=5 m/s 流过两金属板之间，将在两板之间形成电势差。（1）达到稳定状态时，哪块金属板的电势较高?（2）由金属板和海水流动
5、所构成的电源的电动势 E及其内电阻 r 各为多少?（3）若用此发电装置给一电阻为 20 的航标灯供电，则在 8 h 内航标灯所消耗的电能为多少?解析：（1）由右手定则可知 N板相当于电源的正极，故 N板电势高（4 分）（2）E=Bdv=0.11005 V=50 V（4 分）r=210110025.0Sd=0.25（4 分）（3）I=25.02050 rREA，（4 分）8 小时航标灯消耗的电能 E=I2Rt=3.6 106 J。（4分）例 2.磁流体发电是一种新型发电方式，图 2 和图 3 是其工作原理示意图。图 2 中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为bal、，前后两个侧面是绝
6、缘体，下下两个侧面是电阻可略的导体电极，这两个电极与负载电阻LR相连。整个发电导管处于图3 中磁场线圈产生的匀强磁场里，磁感应强度为 B，方向如图所示。发电导管内有电阻率为的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出。由于运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。设发电导管内电离气体流速处处相同，且不存在磁场时电离气体流速为0v，电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差p维持恒定，求：图 2 图 3（1）不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力 F多大；（2）磁流体发电机的电动势 E的大小；（3）磁流体发电机发电导管的输入功率
7、 P。解析：（1）不存在磁场时，由力的平衡得pabF。极高的速度喷射到磁场中去利用磁场对带电的流体产生的作用从而发出现电荷分离而产生电势差或电场称其为霍尔效应若载流导体为导电的流等这时粒子进入磁场后不再发生偏转它所产生的电动势这样就形成了磁学习必备 欢迎下载（2）设磁场存在时的气体流速为 v，则磁流体发电机的电动势BavE 回路中的电流blaRBavIL 电流 I受到的安培力blaRvaBFL22安 设F为存在磁场时的摩擦阻力，依题意0vvFF，存在磁场时，由力的平衡得FFpab安 根据上述各式解得)(1020blaRpbavBBavEL（3）磁流体发电机发电导管的输入功率pabvP 由能量守
8、恒定律得vFEIP故：)(1020blaRpbavBpabvPL 三、课堂练习 1、由于受地球信风带和盛行西风带的影响，海洋中一部分海水做定向流动，称为风海流，风海流中蕴藏着巨大的动力资源.因为海水中含有大量的带电离子，这些离子随风海流做定向运动，如果有足够强的磁场能使海流中的正、负离子发生偏转，便可用来发电.图为一利用风海流发电的磁流体发电机原理示意图，用绝缘材料制成一个横截面为矩形的管道，在管道的上、下两个内表面装有两块金属板 M、N，金属板长为 a，宽为 b，两板间的距离为 d，将管道沿风海流方向固定在风海流中，在金属板之间加一水平匀强磁场，磁感应强度大小为 B，方向由南向北，用导线将
9、M、N 外侧连接电阻为 R的航标灯（图中未画出）.工作时，海水从东向西流过管道，在两金属板之间形成电势差，可以对航标灯供电，设管道内海水的流速处处相同，且速率恒为 v，海水的电阻率为，海水所受摩擦力与流速成正比，比例系数为 k.（1）求磁流体发电机电动势 E 的大小，并判断 M、N 两板哪个板电势较高；（2）由于管道内海水中有电流通过，磁场对管道内海水有力的作用，求此力的大小和方向；（3）求在 t 时间内磁流体发电机消耗的总机械能.极高的速度喷射到磁场中去利用磁场对带电的流体产生的作用从而发出现电荷分离而产生电势差或电场称其为霍尔效应若载流导体为导电的流等这时粒子进入磁场后不再发生偏转它所产生
10、的电动势这样就形成了磁学习必备 欢迎下载【解析】（1）磁流体发电机电动势 E=Bdv 用左手定则判断出正离子向 N 板偏转，因此 N 板的电势高 （2）两板间海水的电阻abdr，贿赂中的电流rREI 磁场对管道内海水的作用力 F磁=Bid 解得dabRvdabBF22磁 方向与 v 方向相反（水平向东）（3）在 t 时间内管道中海水移动的距离为 s=vt 在 t 时间内克服摩擦阻力的功 W1=kvs，克服磁场力做功 W2=F磁s 在 t 时间内磁流体发电机消耗的总机械能 E=W1+W2=（dabRdabBk22）v2t 极高的速度喷射到磁场中去利用磁场对带电的流体产生的作用从而发出现电荷分离而产生电势差或电场称其为霍尔效应若载流导体为导电的流等这时粒子进入磁场后不再发生偏转它所产生的电动势这样就形成了磁