磁流体发电机电磁流量计霍尔效应共19页文档
磁流体发电机PPT讲稿
EH
UH a
U H avB
Z
y
B
A
E
I
HB
f洛
++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++++ ++ ++fe++
A
总结
I
x
b
I nqvab
(1) q>0时，RH>0,
1 IB U H nq b
UH 0
(2) q<0时，RH<0,
UH 0
磁流体发电
在导电流体中同样会产生霍耳效应
器,这种等离子体电导率的高低和均匀度直接影响发 电机的性能,因此它是个十分重要的部件.在燃煤的磁
流体发电系统 中,煤的燃烧和灰渣引起一系列问题。
• 下图是一些等离子发生器实体：
• 2发电通道和磁体
磁体——把物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性，具 有磁性的物体叫磁体。
磁体是一种很神奇的物质。它有以至于无形的力，既能把一些东西吸 过来，又能把一些东西排开。在我们周围，有很多磁体。
磁流体(又称磁性液体、铁磁流体或磁液)，是由强磁性粒 子、基液(也叫媒体)以及界面活性剂三者混合而成的一种 稳定的胶状溶液。该流体在静态时无磁性吸引力，当外 加磁场作用时，才表现出磁性。
磁流体发电是一种新型的高效发电方式，其定义为当带 有磁流体的等离子体横切穿过磁场时，按电磁感应定律， 由磁力线切割产生电；在磁流体流经的通道上安装电极 和外部负荷连接时，则可发电。
霍耳效应
厚度b,宽为a的导电薄片，沿x轴通有电流强度I，当在
专题：霍尔效应、磁液体发电机与电磁流量计-学
专题：霍尔效应、磁液体发电机与电磁流量计1．霍尔效应与霍尔元件1.1．如图所示，厚度为h 、宽度为d 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B 的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A 和下侧面A’之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。
实验表明，当磁场不太强时，电势差U 、电流I 和B 的关系为U=kIB/d ，式中的比例系数k 称为霍尔系数。
霍尔效应可解释如下：外部磁场的作用使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。
设电流I 是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向移动速度为V ，电量为e 。
回答下列问题:(1)达到稳定状态时，导体板上侧面A 的电势________下侧面A’的电势(选填“高于”、“低于”或“等于”).(2)电子所受的洛伦兹力的大小为________.(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U 时，电子所受静电力的大小为________。
(4)由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数为k=1/ne ，其中n 代表导体单位体积中电子的个数.1.2．一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为“霍尔元件”．这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为1个元电荷，即q ＝l.6×10－19 C 。
霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以自动控制升降电动机的电源的通断等。
在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽ab ＝l.0×10－2 m 、长bc=L=4.0×10－2 m 、厚h=l×10－3 m ，水平放置在竖直向上的磁感应强度B=l.5 T 的匀强磁场中，bc 方向通有I ＝3.0A 的电流，如图所示，沿宽度产生1.0×10－5 V 的横向电压。
洛仑兹力的应用(5)霍尔效应及磁流体发电机
——霍尔效应及磁流体发电机 霍尔效应及磁流体发电机
一：霍耳效应
S上
B I
v
S下
一：霍耳效应 ）、如图厚度为 宽度为d的金属板放 如图厚度为h,宽度为 （一）、如图厚度为 宽度为 的金属板放 在垂直与它的磁感应强度B的匀强磁场中 的匀强磁场中,当有电 在垂直与它的磁感应强度 的匀强磁场中 当有电 通过金属， 流I通过金属，在金属板的上下表面间产生电势 通过金属 差此现象叫霍耳效应. 差此现象叫霍耳效应 B S上
B
d h
练习1、 练习 、利用如图示的方法可以测量导体中单位体积 内的自由电子数n,即测得一块横截面为矩形的金属导 内的自由电子数 即测得一块横截面为矩形的金属导 体的宽为b,厚为 并加有与侧面垂直的匀强磁场B,当 厚为h,并加有与侧面垂直的匀强磁场 体的宽为 厚为 并加有与侧面垂直的匀强磁场 当 通以图示方向的电流I时 在导体上下表面间用电压表 通以图示方向的电流 时,在导体上下表面间用电压表 测得电压为U,已知自由电子的电荷量为 已知自由电子的电荷量为e,则下列判断 测得电压为 已知自由电子的电荷量为 则下列判断 正确的是( 、 正确的是 B、D ) A.上表面的电势高 上表面的电势高 B.下表面的电势高 下表面的电势高
四、巩固练习： 巩固练习： 如图为一电磁流量计的示意图,截面为一正 电磁流量计的示意图 如图为一电磁流量计的示意图 截面为一正 方形的非磁性管,其每边长为 其每边长为d,内有导电液体 方形的非磁性管 其每边长为 内有导电液体 流动， 流动，在垂直液体流动的方向加一指向纸里的 匀强磁场, 磁感应强度B.现测得液体表面上 现测得液体表面上ab 匀强磁场 磁感应强度 现测得液体表面上 两点间电势差为U,求管内导电液体的流量 求管内导电液体的流量Q。 两点间电势差为 求管内导电液体的流量 。 B
磁流体发电及
磁流体发电机，又叫等离子发电机，是根据霍尔效应，(当电流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于磁场和电流方向的导体的两个端面之间出现电势差的现象称为霍尔效应，该电势差称为霍尔电势差（霍尔电压）。
)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。
最简单的开式磁流体发电机由燃烧室、发电通道和磁体组成。
工作过程是在化石燃料燃烧后产生的高温气体中，加入易电离的钾盐或钠盐，使起部分电离后，经喷管加速产生高达摄氏3000度、速度达到1000米／秒的高温高速导电气体，最后产生电流。
原理磁流体发电中的带电流体，它们是通过加热燃料、惰性气体、碱金属蒸气而得到的。
在几千摄氏度的高温下，这些物质中的原子和电子的运动都很剧烈，有些电子甚至可以脱离原子核的束缚，结果，这些物质变成自由电子、失去电子的离子以及原子核的混合物，这就是等离子体。
将等离子体以超音速的速度喷射到一个加有强磁场的管道里面，等离子体中带有正、负电荷的高速粒子，在磁场中受到洛伦兹力的作用，分别向两极偏移，于是在两极之间产生电压，用导线将电压接入电路中就可以使用了。
磁流体发电的另一个好处是产生的环境污染少。
利用火力发电，燃烧燃料产生的废气里含有大量的二氧化硫，这是造成空气污染的一个重要原因。
利用磁流体发电，不仅使燃料在高温下燃烧得更加充分，它使用的一些添加材料还可以和硫化合，生成硫酸钾，并被回收利用，这就避免了直接把硫排放到空气中，对环境造成污染。
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。
人们使用高能量的燃料，再配上快速启动装置，就可以使发电机功率达到1000万kW，这就满足了一些需要大功率电力的场合。
目前，中国，美国、印度、澳大利亚以及欧洲共同体等，都积极致力于这方面的研究。
磁流体发电机产生电动势，输出电功率的原理如上图。
高中物理选择性必修二 第一章第四节 课时2 速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件
小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极，污水
充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U.若
用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是
A.若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高
√B.前表面一定比后表面电势低，与哪种离子多无关
C.污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大
源的两极，若稳定时等离子体在两板间均匀分布，电阻率为ρ，忽略边缘效应，
下列判断正确的是 A.上板为正极，电流 I＝RBadbv＋abρd
B.上板为负极，电流 I＝RBadv＋adρ2b
√C.下板为正极，电流 I＝RBadbv＋abρd
D.下板为负极，电流 I＝RBadv＋adρ2b
图4
解析 根据左手定则可知，正离子在磁场中受 到的洛伦兹力向下，故下板为正极，
设两板间的电压为 U，则 qUd ＝Bqv，得 U＝Bdv， 电流 I＝R＋Uρadb＝RBadbv＋abρd，故 C 正确.
三、电磁流量计 如图5甲、乙所示是电磁流量计的示意图.
图5 设管的直径为D，磁感应强度为B，a、b两点间的电势差是由于导电液体 中电荷受到洛伦兹力作用，在管壁的上、下两侧堆积产生的.到一定程度 后，a、b两点间的电势差达到稳定值U，上、下两侧堆积的电荷不再增多，
此时，洛伦兹力和电场力平衡，有 qvB＝qE＝qUD，所以 v＝DUB，又圆管的 横截面积 S＝41πD2，故流量 Q＝Sv＝π4UBD.
例3 (多选)如图6所示为电磁流量计(即计算单位时间内流过某一横截面
的液体体积)的原理图：一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中
有可以导电的液体向左流动.图中磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度
物理21.速度选择器、磁流体发电机、霍尔元件的区别
预期结果
通过狭缝后粒子的速度
经过偏转后两板间电势差
经过偏转后两侧面间电势差
决定因素
预加的场B、E：
预加磁场B、两板间距d、磁流体速度v：
预加磁场B、预加电流I、导体（载流子正负、载流子数密度n、垂直工作面的导体厚度h）：
速度选择器、磁流体发电机、霍尔元件的区别
速度选择器
磁流体发电机（电磁流量计）霍尔源自件仪器结构一个狭缝
两块极板
一块导体
预加的场
正交的电场与磁场
磁场
恒定电场（电流）、磁场
作用对象
单个的带电粒子
大量的自由正负离子
导体中的载流子
偏转情况
速度偏大或偏小，粒子的正负，都将导致粒子偏转方向相反
在稳定前，正负离子偏转方向相反，稳定后粒子不再偏转
实际应用：五、 磁流体发电机模型
2244D Q D Q SQ v ππ===五、电磁流量计、速度选择器 、 磁流体发电机、 霍尔效应速度选择器、磁流体推进器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件等，都是带电粒子在相互正交的电场与磁场组成的复合场中的运动平衡问题。
所不同的是，速度选择器、磁流体推进器中的电场是带电粒子进入前存在的，是外加的；磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件中的电场是粒子进入磁场后，在洛仑兹力作用下，带电粒子在两极板间聚集后才形成的。
流液体的管道是用非磁性材料制作的。
在管道外加上匀强磁场。
当管道中的导电液体流过时，其中的正负离子在磁场力的作用下分别往管壁的两边集中，两边出现一定的电势差U 。
根据U 的大小就可以知道管中液体的流量。
假设已测出管壁a 、b 间的电势差U ，磁场B ，管道直径D ，推出管中液体的流量Q 的表达式。
流量Q ：单位时间流过管内某一截面的液体的体积。
由此可以表示出此时液体的流速为：当出现一定的电势差U 时，液体中的离子受的 电场力与磁场力平衡，此时U 就稳定了。
管中液体的流量Q 的表达式:1．(2001年全国理综)电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量.为了简化，假设流量计是如附图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a 、b 、c ，流量计的两端与输送流体的管道相连(如图４中虚线).图４中流量计上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感强度为B 的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面，当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上下两表面分别与一串接了电阻R 的电流表的两端连接，I 表示测得的电流值，已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则中求得流量为A.)(a c bR B I ρ+ B. )(ba cR B I ρ+ C.)(c b aR B I ρ+ D. )(abc R B I ρ+2、（08东城二模）．为了测量某化肥厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a 、b 、c ，左右两端开口，在垂直于上下表面方向加磁感应强度为B 的匀强磁场，在前后两个内侧面固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U ．若用Q 表示污水流量 (单位时间内排出的污水体积)，下列说法正确的是 ( )A ．若污水中正离子较多，则前内侧面比后内侧面电势高B ．前内侧面的电势一定低于后内侧面的电势，与哪种离子多无关C ．污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D ．污水流量Q 与电压U 成正比，与a 、b 有关3．(2010广东理综18分)如图16（a ）所示，左为某同学设想的粒子速度选择装置，由水平转轴及两个薄盘N 1、N 2构成，两盘面平行且与转轴垂直，相距为L ，盘上各开一狭缝，两狭缝夹角θ可调（如图16（b ））；右为水平放置的长为d 的感光板，板的正上方有一匀强磁场，方向垂直纸面向外，磁感应强度为B.一小束速度不同、带正电的粒子沿水平方向射入N 1，能通过N 2的粒子经O 点垂直进入磁场。
有关电磁场的仪器-霍尔效应、电磁流量计、磁流体发电机、电磁炮
有关电磁场的仪器•霍尔效应霍尔效应（Hall effect）是指当固体导体放置在一个磁场内，且有电流通过时，导体内的电荷载子受到洛伦兹力而偏向一边，继而产生电压（霍尔电压）的现象嬮电压所引致的电场力会平衡洛伦兹力嬮通过霍尔电压的极性，可证实导体内部的电流是由带有负电荷的粒子（自由电子）之运动所造成。
霍尔效应于嬱嬸嬷嬹年由埃德温·赫伯特·霍尔（Edwin Herbert Hall）发现。
霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用而引起的偏转，所以可以用高中物理中的电磁学、力学、运动学等有关知识来进行解释嬮霍尔效应原理的应用常见的有：霍尔元件、磁流体发电机、电磁流量计、磁强计等嬮如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电子施加与方向相反的•电磁流量计电磁流量计是根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体（一般为液体）流量的一种仪器，用非磁性材料制成，一般用于测量污水排放量，是霍尔效应的一种应用嬮根据霍尔效应其原理可解释为：如图嬲所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动嬮导电液体中的自由电荷（正负离子）在洛伦兹力作用下横向偏转，a、b间出现电势差。
当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定嬮由qvB嬽qE嬽q U d可得v嬽U bd流量：Q嬽Sv嬽πd2嬴·UBd嬽πdU嬴B电磁流量计电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（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）嬮为了简化，假设流量计是如图嬳所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c嬮流量计的两端与输送流体的管道连接（图中虚线）嬮图中流量计的上下两面是金属材料，前后两侧面是绝缘材料嬮现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面嬮当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值嬮已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为（）•磁流体发电机磁流体发电机，又叫等离子发电机，是根据霍尔效应，用导电流体，例如空气或等离子体，与磁场相对运动而发电的一种设备，所以该模型下的物理题目多会存在外电路嬮磁流体发电技术是一种新型的高效发电方式，由于无需经过机械转换环节，所以也称之为直接发电，燃料利用效率显著提高，用燃料（石油、天然气、煤、核能等）直接加热工作介质，使之在高温下电离成导电的离子流，然后让其在磁场中高速流动。
磁场(5)回旋加速器、磁流体发电机、霍尔效应、电磁流量计
eU h I evB , 则U H Bdv Bd d neS
U H A B I
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.
三、电磁流量计
1、用途：测量可导电流体（如污水）在管中的流量
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。 c
N
Z
y
B b
I
d
a
x
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. 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 y I
Z
c
N
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B b d a 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,
A’
v
v4 v2
v0
1
v3
A’
A
A
（1）粒子每次进入狭缝都被电场加速： 交变电场的变化周期 = 粒子做圆周运动的周期。
（2）粒子的最大速度和最大动能：
2 m T电 场 Bq
粒子的最大半径rm = D形盒的半径：R
回旋加速器、磁流体发电机、霍尔效应、电磁流量计
电磁流量计由传感器和变送器两部分组成。传感器负责测量流量，通常包括测量管、电极、励磁线圈等部件；变 送器则将测量结果转换为标准信号输出。
优点与局限性分析
宽测量范围
电磁流量计可测量多种流体，包 括液体和气体，且测量范围宽。
高精度测量
由于采用了电磁感应原理，电磁 流量计具有较高的测量精度。
优点与局限性分析
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测量精度要求
根据实际需求选择适当精度的 电磁流量计。
流体性质
考虑流体的电导率、温度、压 力等性质，选择适合的电磁流
量计型号。
安装条件
根据管道尺寸、安装空间等条 件选择合适的电磁流量计。
维护和校准
考虑电磁流量计的维护和校准 方便性，选择易于操作的型号
。
THANKS
感谢观看
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霍尔效应
霍尔效应现象及原理
霍尔效应现象
当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电 流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效 应。
霍尔效应原理
霍尔效应的本质是固体材料中的载流子在外加磁场中运动时 ，因为受到洛伦兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两 侧产生电荷积累，从而形成垂直于电流方向的电场。
粒子加速过程
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粒子源产生带电粒子，如电子 、质子等。
带电粒子在磁场中受到洛伦兹 力的作用，做匀速圆周运动。
当粒子运动到真空室中的高频 电场区域时，受到电场力的作
用，获得能量并被加速。
随着粒子能量的增加，其运动 半径逐渐增大，直到达到预定
的能量后引出。
应用领域
粒子物理研究
回旋加速器可用于产生 高能带电粒子，用于研 究物质的基本结构和性
霍尔效应
S
N
磁流体发电机的工作原理 等离子体（由大量正负离子组成）垂直进入磁场， 在洛伦兹力的作用下正负电荷分别向两侧偏转， 造成两侧出现电势差。
qvB
B d U
v
qE
qE
qvB
qvB
B
v
qE
qE
d U=？
qvB
随着电荷的积累，电场越来越强，当电场力与洛 伦兹力平衡时，电荷不再偏转，电压不再增大。
题干
BI U H RH d
（2）已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数目为n， 电子的电荷量为e，请导出霍尔系数RH的表达式； （通过横截面积S的电流I=nevS，其中v是导电电子定向 移动的平均速率）
B
f I
d
a
l c
b
I
UH
RH=1 / ne
小结
磁流体发电机
U Bdv
电场力、洛伦兹力平衡
霍尔效应
霍尔电势差
电磁流量计
Байду номын сангаасQ πdU 4B
霍尔元件制成的传感器已大量应用于生活的各个方面， 请同学们课后查阅相关资料了解霍尔效应的其他应用！
1.3 m/s,电极a、b的正负为a 正 ,b 负 。
2、为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了 如图所示的流量计。该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c， 左右两端开口。在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场， 污水充满管口从左向右流经该装置时，若用Q表示污水流量（单位时间内 排出的污水体积），
要监测流量需要在哪两个面安装电极连接电压表？ 在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极,电压表将显示两个电极 间的电压U。判断下列说法是否正确： 1．污水中离子浓度越高，
磁场(5)回旋加速器、磁流体发电机、霍尔效应、电磁流量计共28页
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈
磁流体发电(与“磁流体”有关文档共8张)
于带电粒子的R=mv/(Bq)，来自到一定强度才能使离子完全有效偏转。同时要考
虑磁铁的电能损耗）
磁流体选择：
要求有较高的电离率，同时不能有太高的粘滞力（由于要求磁流体能高速 通过磁场）。这就存在一个问题：要保证有较高的电离率就需要较高的温 度（一般情况），从而要求采用能耐高温的导体材料。所以通道材料的寻 找是个问题。
工作过程是：在燃料燃烧后产生的高温燃气中，加入易电离的钾盐或钠盐，使其部分电 离，经喷管加速，产生温度达3000℃、速度达1000米／秒的高温高速导电气体（部分等 离子体），导电气体穿越置于强磁场中的发电通道，作切割磁力线的运动，感生出电流.
第4页，共8页。
磁流体发电机的磁场B： 超导是一个很好的解决方法，就是用超导材料来代替普通绕线来产生电磁场，由于超导 材料是不用电压维持就能形成持久的环路电流，所以能产生十分巨大的磁场，但是超导 材料要在超低温下才有超导现象，（最新的超导材料的温度也没超过200K）故而，寻找 新的更高温度的超导材料也是磁流体发电机提高效率的要求。
第3页，共8页。
查阅资料后的所得及思考：
反思：如果是通过杠杆原理来驱动的话，那么也可以直接驱动电机发电，故而采用这种办法来做驱
动的效率不高，是不可行的。真正可行的磁流体发电机的构成并不是单一的一个磁流体发电机，而 是一个联合机组，由两个大的部分组成，一个就是用磁流体来发电，另一个是用磁流体发电产生的 高温流体的热量来来发电，其原理和火力发电一样都使用涡轮机。
通过查阅资料发现这些资料上所提到的问题与我原来所想到的大体上是一致的，同时这些资料 也给出了一些解决问题的方向。
霍尔元件、电磁流量计、磁流体发电机
霍尔元件、电磁流量计、磁流体发电机一、霍尔元件1．霍尔效应。
金属导体板放在垂直于它的匀强磁场中，当导体板中通过电流时，在平行于磁场且平行于电流的两个侧面间会产生电势差，这种现象叫霍尔效应。
2．霍尔效应的解释。
如图，截面为矩形的金属导体，在x 方向通以电流I ，在z 方向加磁场B ，导体中自由电子逆着电流方向运动。
由左手定则可以判断，运动的电子在洛仑兹力作用下向下表面聚集，在导体的上表面A 就会出现多余的正电荷，形成上表面电势高，下表面电势低的电势差，导体内部出现电场，电场方向由A 指向A’，以后运动的电子将同时受洛仑兹力F 洛和电场力F 洛作用，随着表面电荷聚集，电场强度增加，F 洛也增加，最终会使运动的电子达到受力平衡（F F =洛电）而匀速运动，此时导体上下两表面间就出现稳定的电势差。
3．霍尔效应中的结论。
设导体板厚度为h(y 轴方向)、宽度为d 、通入的电流为I ，匀强磁场的磁感应强度为B ，导体中单位体积内自由电子数为n ，电子的电量为e ，定向移动速度大小为v ，上下表面间的电势差为U ；（1）由Uq Bq hυ=⇒U Bh υ= ① （2）U 、I 、B 的关系还可表达为IB U k d = 其中k 为霍尔系数 ② 电流的微观表达式有： I n es n e h d υυ== ③ 联立①②③式可得1k ne =。
由此可通过霍尔系数的测定来确定导体内部单位体积内自由电子数。
（3）考察两表面间的电势差U Bh υ=，相当于长度为h 的直导体垂直匀强磁场B 以速度v 切割磁感线所产生的感应电动势E Bh υ=感例1、霍尔元件能转换哪两个量（ ）A ．把温度这个热学量转换为电阻这个电学量B ．把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量C ．把力转换为电压这个电学量D ．把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量答案B例2、霍尔元件是一种应用霍尔效应的磁传感器，广泛应用于各领域，如在翻盖手机中，常用霍尔元件来控制翻盖时开启或关闭运行程序．如图是一霍尔元件的示意图，磁场方向垂直霍尔元件工作面，霍尔元件宽为d （M 、N 间距离），厚为h （图中上下面距离），当通以图示方向电流时，MN 两端将出现电压MN U ，则（ ）A ．MN 两端电压UMN 仅与磁感应强度B 有关B ．若霍尔元件的载流子是自由电子，则MN 两端电压MN U ＜0C ．若增大霍尔元件宽度d ，则MN 两端电压MN U 一定增大D ．通过控制磁感应强度B 可以改变MN 两端电压MN U答案D练习1. 磁强计是一种测量磁感应强度的仪器，其原理如图所示，电路中有一段金属导体，它的横截面是宽为a ，高为b 的长方形，放在沿y 轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x 轴正方向、电流强度为I 的电流．已知导体中单位体积的自由电子数为n ，电子电量为e ．测出导体前后两个侧面的电势差为U ．（1）导体前后两个侧面哪个面电势较高？（2）磁感应强度B 的大小为多大？2. 磁强计是测量磁感应强度的仪器，磁强计中有一块导体，如图所示．导体中通有沿x 轴正方向的电流I ，且单位体积内的自由电子数位n ，电子的电荷量为e ，被测匀强磁场沿z 轴正方向，稳定时，测得PQ 两面电势差为U ，则（ ）A ．导体侧面Q 的电势高于导体侧面P 的电势B ．导体侧面P 的电势高于导体侧面Q 的电势C ．磁感应强度Unbe B I= D ．磁感应强度Unbe B I =3. 目前有一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度．磁强计的原理如右图所示，电路有一段金属导体，它的横截面是宽为a 、高为b 的长方形，放在沿y 轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x 轴正方向、大小为I 的电流．已知金属导体单位体积中的自由电子数为n ，电子电荷量为e ，金属导电过程中，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动．两电极M 、N 均与金属导体的前后两侧接触，用电压表测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U ．则磁感应强度的大小和电极M 、N 的正负为（ ）A ．nebU BI=，M 正、N 负 B ．nebU B I=，M 正、N 负 C ．nebU B I=，M 负、N 正 D ．nebU B I =，M 负、N 正 4. 如图所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为I ，线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小B 与I 成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍尔元件的电流为H I ，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压H I 满足：H H kI B U d，式中k 为霍尔系数，d 为霍尔元件两侧面间的距离．电阻R 远大于L R ，霍尔元件的电阻可以忽略，则（ ）A ．霍尔元件前表面的电势低于后表面B ．若电源的正负极对调，电压表将反偏C ．H I 与I 成正比D ．电压表的示数与L R 消耗的电功率成正比5. 利用霍尔效应测量磁感应强度的原理如图所示，元件中通以正x 方向的电流I ，置于沿z 轴方向的磁场中，其前、后表明垂直于z 轴，在元件上、下表面之间产生电势差U ．若磁感应强度B=B0+kz （B0、k 均为常数），由于沿z 轴方向位置不同，电势差U 也不同，则（ ）A ．若该元件的载流子是电子，则下表面电势高B ．电势差U 越大，该处磁感应强度B 越大C ．在某一位置处，电流I 越大，电势差U 越大D ．k 越大，在z 轴上两不同位置上测得的电势差U 的差值越大6. （2010年北京卷）利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。
霍尔效应
【例1】磁流体发电机原理图如右。
等离子体高速从左向右喷射，两极板间有如图方向的匀强磁场。
该发电机哪个极板为正极？两板间最大电压为多少？ 解：由左手定则，正、负离子受的洛伦兹力分别向上、向下。
所以上极板为正。
正、负极板间会产生电场。
当刚进入的正负离子受的洛伦兹力与电场力等值反向时，达到最大电压：U=Bdv 。
当外电路断开时，这也就是电动势E 。
当外电路接通时，极板上的电荷量减小，板间场强减小，洛伦兹力将大于电场力，进入的正负离子又将发生偏转。
这时电动势仍是E=Bdv ，但路端电压将小于Bdv 。
【例2】 半导体靠自由电子（带负电）和空穴（相当于带正电）导电，分为p 型和n 型两种。
p 型中空穴为多数载流子；n 型中自由电子为多数载流子。
用以下实验可以判定一块半导体材料是p 型还是n 型：将材料放在匀强磁场中，通以图示方向的电流I ，用电压表判定上下两个表面的电势高低，若上极板电势高，就是p 型半导体；若下极板电势高，就是n 型半导体。
试分析原因。
解：分别判定空穴和自由电子所受的洛伦兹力的方向，由于四指指电流方向，都向右，所以洛伦兹力方向都向上，它们都将向上偏转。
p 型半导体中空穴多，上极板的电势高；n 型半导体中自由电子多，上极板电势低。
1、关于霍尔元件的功能说法正确的是：BA ．把温度这个热学量转换为电阻这个电学量B ．把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量C ．把力转换为电压这个电学量D ．把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量2．一个长方形金属块水平放在匀强磁场中，上表面为M ，下表面为N ，金属块通有从左向右的电流，则 CA ．U M =U NB ．U M ＞U NC ．U M ＜U ND ．无法比较上下表面的电势高低3、如图5所示，铜质导电板置于匀强磁场中，通电时铜板中电流方向向下，由于磁场的作用，则（ C ）A.板左侧聚集较多电子，使b 点电势高于a 点B.板左侧聚集较多电子，使a 点电势高于b 点C.板右侧聚集较多电子，使a 点电势高于b 点D.板右侧聚集较多电子，使b 点电势高于a 点4、如图所示，较强的匀强电场方向竖直向下，较强的匀强磁场方向水平向里，一根金属导线原来水平，由静止开始自由下落，则导线哪端先落到水平地面？C A 、同时 B 、左端 C 、右端 D 、无法确定图5 ×× × ××B5．如图所示，连接平行金属板P 1和P 2（板面垂直于纸面）的导线的一部分CD 和另一连接电池的回路的一部分GH 平行，CD 和GH 均在纸面内，金属板置于磁场中，磁场方向垂直纸面向里．当一束等离子体射入两金属板之间时，CD 段导线将受到力的作用（ A ）A ．等离子体从右方射入时，CD 受力的方向背离GHB ．等离子体从右方射入时，CD 受力的方向指向GHC ．等离子体从左方射入时，CD 受力的方向背离GHD ．等离子体从左方射入时，CD 受力的方向指向GH6．如图16-18所示，相距d 平行放置的金属板a 、b ，两板间有垂直纸面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场，等离子体的速度v 沿水平方向射入两板间．若等离子从两板右边入射，则a 、b 两板哪板的电势较高．a 、b 两板间可达到的稳定电势差U ＝ a ．B vd9．如图所示是等离子体发电机的示意图，磁感应强度为B ，两极板间距离为d ，要使输出电压为U ，则等离子体的速度v 是多少？a 是电源的哪个极？Bd Uv = 正极7、如图7所示，为一电磁流量计的示意图，截面为一正方形的非磁性管，其每边长为d ，内有导电液体流动，在垂直液体流动的方向加一指向纸里的匀强磁场，磁感应强度为B .现测得液体表面上a 、b 两点间电势差为U ，求管内导电液体的流量Q .dU /B8、为了诊断病人的心脏功能和动脉中血液粘滞情况需测量血管中血液的流速和流量.如图为电磁流量计的示意图，将血管置于磁感应强度为B 的匀强磁场中，测得血管两侧电压为U ，已知管的直径为d ，试求出血液在血管中的流量是多少？（流量即单位时间内流过的体积）（重力不计）B dUQ 4π=图图7 a× × × × × × × × bvB。
【霍尔效应、电磁流量计与磁流体发电机】在...
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【霍尔效应、电磁流量计与磁流体发电机】
在学习“运动电荷在磁场中受到的力”这节时，我们会接触到几种带电粒子在复合场中运动的实例，就是霍尔效应、电磁流量计与磁流体发电机。
很多同学会被这几种实例搞糊涂，下面我们就来看看它们到底是“何方神圣”！
图1：霍尔效应
这是一个原理示意图，就是在匀强磁场中放置一块矩形截面的载流导体，磁感应强度方向与载流导体中的电流流向垂直，导体中定向移动的电荷在磁场中受到洛伦兹力而发生偏转，使得导体上下面堆积异种电荷，从而在导体上下面出现电势差，这种现象是霍尔在1879年发现的，人们把这种现象称之为霍尔效应。
在霍尔效应中出现的电势差称之为霍尔电势差或霍尔电压，上下面之间的电场称为霍尔电场。
霍尔电压与电流、磁感应强度、载流导体的厚度有关系：U=IB/nqd(利用电压稳定时，电荷在磁场中受到的洛伦兹力与电场力平衡关系进行推导，n为载流导体自由电荷的粒子数密度)，根据霍尔效应可以制成霍尔元件，它是一种重要的磁传感器。
图2：电磁流量计
利用非磁性材料制成的柱形导管，其中有导电液体向左流动，导电液体中的正负离子在洛伦兹力作用下偏向b、a，形成电势差，原理与霍尔效应一样。
测得a、b间的电压为U并保持稳定，有v=U/dB，流量的定义Q=V(体积)/t=S(截面积)·v=πdU/4B，可以通过测量电压来测量流量。
图3：磁流体发电机
高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子(即等离子体)沿垂直与磁场方向喷入磁场，金属板上就会聚集电荷，导线中自由电荷定向移动形成电流，用电器工作。
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3.14霍尔效应磁流体电磁流量计
1、一种半导体材料称为“霍尔材料”，这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电量大小为1元电荷，即q =1.6×10-19C. 霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录象机中用来测量录象磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以控制升降电动机的电源通断等。
在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽ab=1.0×10-2m、长bc=4.0×10-2m、厚h=1.0×10-3m，水平放置在竖直向上的磁感应强度B=1.5T的匀强磁场中，bc方向通有I=3.0A的电流，如图-2所示，沿宽度产生1.0×10-5V的横向电压。
（1）假定载流子是电子，a、b两端中哪端电势较高？（2）薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大？答案（1）b端电势较高（2）载流子定向运动速率v =6.7×10-4m/s。
2、图-4为磁流体发电机的示意图。
设两金属板间的距离为d，两极板间匀强磁场的磁感应强度为B。
等离子体垂直进入磁场的速度为v,单个离子所带的电量为q。
离子通道（即两极板内所围成空间）的等效电阻为r，负载电阻为R。
求（1）该发电机的电动势；（2）发电机的总功率。
答案（1）电动势E=Bd v (2)总功率rRvdB+=P2223、电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（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）。
为了简化，假设流量计是如图-6所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c。
流量计的两端与输送流体的管道连接（图中虚线）。
图中流量计的上下两面是金属材料，前后两侧面是绝缘材料。
现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。
当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值。
已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为多少？(acbRBIρ+1、一种半导体材料称为“霍尔材料”，这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电量大小为1元电荷，即q =1.6×10-19C. 霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录象机中用来测量录象磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以控制升降电动机的电源通断等。
磁流体发电机霍尔效应整编_(教师)
电磁场的综合应用一、 粒子速度选择器练习如图，粒子以速度v 0，进入正交的电场和磁场，受到的电场力与洛伦兹力方向相反，若使粒子沿直线从右边孔中出去，根据qv 0B ＝qE , 得v 0=E/B ，故若v= v 0=E/B ，粒子做直线运动，与粒子电量、电性、质量无关若v ＜E/B ，电场力大，粒子向电场力方向偏，电场力做正功，动能增加． 若v ＞E/B ，洛伦兹力大，粒子向磁场力方向偏，电场力做负功，动能减少．1、如图，水平放置的平行金属板a 、b 带有等量异种电荷，a 板带正电，两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，若一个带正电的液滴在两板间做直线运动，其运动方向是：( )A ．沿竖直方向向下B ．沿竖直方向向上C ．沿水平方向向左D ．沿水平方向向右2、如图，氕、氘、氚核以相同的动能射入速度选择器，结果氘核沿直线运动，则 ( )A ．偏向正极板的是氕核B ．偏向正极板的是氚核C ．射出时动能最大的是氕核D ．射出时动能最大的是氚核二、质谱仪:组成：离子源O ，加速场U ，速度选择器（E 、B ），偏转场B 2，胶片． 原理：加速场中221mv qu = 选择器中:1B E v = 偏转场中:d ＝2r ，rv m qvB 22=，则：比荷:d B B E m q 212=质量Edq B B m 221=作用：主要用于测量粒子的质量、比荷、研究同位素． 3、如图带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。
速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B 和E 。
平板S 上有可让粒子通过的狭缝P 和记录粒子位置的胶片A 1A 2。
平板S 下方有强度为B 0的匀强磁场。
下列表述不正确的是（ ）A ．质谱仪是分析同位素的重要工具B ．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C ．能通过狭缝P 的带电粒子的速率等于E/BD ．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P ，粒子的荷质比越小4、是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图。