霍尔元件、磁流体发电机
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第四节 科学技术
速度选择器 质谱仪 超导体
磁流体发电机 霍尔器件 回旋加速器
一、速度选择器（重力不计）
1. 当满足Bqv=qE时,带电粒 子做匀速直线运动
2. 当Bqv=qE不满足时,粒子 发生偏转.
选择速度 V=E/B 的粒子.
与粒子带电正负无关. 与质量无关 与速度方向有关
二、质谱仪：用来研究物质同位素的装置
金属板间的磁场磁感应强度为B， 板间的距离为d，电荷运动速度为v， 则：
qvB=Eq；
发电机的电动势ε为： ε=Ed=Bvd
试问： （1）图中哪个极板是发电机的正极？ （2）发电机的电动势多大？ （3）设喷入两极间的离子流每立方米有n个负
电子。离子流的截面积为S，则发电机的 最大功率多大？
I=2nsvte/t=2nsve
因为粒子在磁场中做圆周运动的周期T________，与v、r 大小________，所以只要粒子在磁场一定，这个周期 T________，而形成电场的正、负极间的电压是_________ 变化的，就可以保证粒子始终被加速．
四、霍耳效应是指在通以电流的导体或半导体上，沿
垂直于电流方向加一磁场，则在导体或半导体的横侧面 上出现电势差的现象。如图所示。其产生的机理与磁流 体发电机的原理相同。
两侧的电势差为 ：U=Bva （B为磁感应强度，v为载流 子的移动速度）
导体中电流强度I与载流子移动速度v的关系：I=nabqv
（n为载流子浓度，即单位体积中的载流子数。q为每个 载流子的电量）
五、回旋加速器
回旋加速器的基本结构：如图所示，回旋加速器的核心部 分是________，它们就像沿直径把一圆形金属盒子切成两 半再拉开一个窄缝，在窄缝________放有粒子源，两D形 盒置于巨大的__________之间的真空容器中．磁场方向 ________D形盒的底面，两盒分别接在高频交流电源的两 极上；这样在两盒间窄缝处形成一方向可变的_________， 使从粒子源发出的带电粒子在窄缝电场中________，
质谱仪
已知质谱仪速度选择器部分的匀强电场场强
E=1.2×105V/m，磁场的磁感应强度为B1=0.6T,偏 转分离器的磁感应强度为B2=0.8T，如图所示， 求：
（1）能通过速度选择器的粒子的速度多大？ （2）质子和氘核进入偏转部分后打在照相底片 上的条纹之间的距离d为多少？
三、磁流体发电机是目前世界上正在研究的一种
N：为一离子原 S1、S2：为加速wk.baidu.com场 PP’：实际上为一速度选 择器
R=mv/ q B’
D1、D2为质谱线：每一条谱线 对应于一定的质量，从谱线的 位置可以知道圆周的半径
由于q、B’、v均为定值，则m大的同位素其圆周运动的半 径R亦大，从而区别各种同位素，并且测得R后即可计算 该同位素的粒子质量m
解析：电流在磁场中会受到安培力的作用。从电极流人导 电液体的电流流线如图所示。因为，磁场中闭合的通电导 线所受的合外力为零，所以，这些曲线的电流都可以等效 为两电极连线的直线电流。可得:
电流在导电液体中所 受的安培力为：
F=BID
则流管两端增加的压强差为： ΔP=F/S=BID/π(D/2)2=4BI/πD
则流量:Q Sv d 2 U dU
4 Bd 4B
练习
如图所示是磁流泵的示意。绝缘流管的直径 为D，其中充满处于静止状态的导电液体，流管 的两侧对称地接有两个电极，电极与管内液体接 触，整个装置置于匀强磁场中，磁场的磁感强度 为B。现通过电极通人电流强度为I的电流，则导 流管的两端将增加多大的压强差？
U=I B/nqb 由这个公式可得：霍尔电势差的大小与电流 强度I、磁感应强度B成正比，与导体的宽度成反比。
设电流I是由电子的定向流动形成的，电子 的平均定向速度为v，带电量为e。试问： （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（填“高于”、“低 于”或“等于”） （2）电子所受的洛伦兹力的大小为________.
新型的发电机。它的发电原理：将一束等离子体 （即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的 离子，而整体来说呈中性），喷射入磁场，磁场中 有两块金属板A、B，这时电荷受磁场的作用，聚 集到金属板上，使两金属板间产生电压。
这种发电过程，其微观的模型是电荷在磁场与电 场中的运动，电荷在磁场中偏转，在金属板上聚 集电荷，这些电荷产生电场又阻碍电荷偏转，当 电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，两金属板 上将得到最大的电压，极为发电机的电动势。
（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 霍耳系数 K 1 ，其中n代表导体单位
ne
体积中的电子的个数。
练习1：电磁流量计：
如图：是用来测定导电液体在导管中流动时流量 的仪器，设导管直径为d，用非磁性材料制成，磁感 应强度为B，a、b间测出电势差为U
E=Bdv
所谓“磁流体发电技术”就是用燃料（石油、
天燃气、燃煤、核能等）直接加热成易于电离 的气体，使之在2000℃的高温下电离成导电的 离子流，然后让其在磁场中高速流动。即由热 直接转换成电能，由于无需经过机械能转换环 节，所以称之为“直接发电”，其燃料利用率 得显著提高，这种技术也称为“等离子体发电 技术”。
在匀强磁场中做________，
经窄缝再_______，
再经磁场________，
经电场________，
所以带电粒子就会不断________．
回旋加速器的工作原理：如图所示，放在Ao处的粒子源放出 一个带正电的粒子，它以某一速率vo垂直进入匀强磁场，在磁 场中做________．经过半个周期，当它沿着半圆弧AoA1到达 A1时，在A1A1’处造成一个_______的电场，使这个带电粒子在 A1A1’处受到一次电场的________，速率由vo增大到v1．然后， 粒 子 以 速 v1 在 磁 场 中 做 _______ ． 由 于 粒 子 的 轨 道 半 径 r=_________，与它的________成正比，因而粒子将沿着半径 _______的圆周运动，又经过半个周期，当它沿着半圆弧A1’A2’ 到达A2’时，在A2’A2处造成一个____的电场，使粒子又一次受 到电场________，速率增大到v2，如此继续下去，粒子速度将 ________．
速度选择器 质谱仪 超导体
磁流体发电机 霍尔器件 回旋加速器
一、速度选择器（重力不计）
1. 当满足Bqv=qE时,带电粒 子做匀速直线运动
2. 当Bqv=qE不满足时,粒子 发生偏转.
选择速度 V=E/B 的粒子.
与粒子带电正负无关. 与质量无关 与速度方向有关
二、质谱仪：用来研究物质同位素的装置
金属板间的磁场磁感应强度为B， 板间的距离为d，电荷运动速度为v， 则：
qvB=Eq；
发电机的电动势ε为： ε=Ed=Bvd
试问： （1）图中哪个极板是发电机的正极？ （2）发电机的电动势多大？ （3）设喷入两极间的离子流每立方米有n个负
电子。离子流的截面积为S，则发电机的 最大功率多大？
I=2nsvte/t=2nsve
因为粒子在磁场中做圆周运动的周期T________，与v、r 大小________，所以只要粒子在磁场一定，这个周期 T________，而形成电场的正、负极间的电压是_________ 变化的，就可以保证粒子始终被加速．
四、霍耳效应是指在通以电流的导体或半导体上，沿
垂直于电流方向加一磁场，则在导体或半导体的横侧面 上出现电势差的现象。如图所示。其产生的机理与磁流 体发电机的原理相同。
两侧的电势差为 ：U=Bva （B为磁感应强度，v为载流 子的移动速度）
导体中电流强度I与载流子移动速度v的关系：I=nabqv
（n为载流子浓度，即单位体积中的载流子数。q为每个 载流子的电量）
五、回旋加速器
回旋加速器的基本结构：如图所示，回旋加速器的核心部 分是________，它们就像沿直径把一圆形金属盒子切成两 半再拉开一个窄缝，在窄缝________放有粒子源，两D形 盒置于巨大的__________之间的真空容器中．磁场方向 ________D形盒的底面，两盒分别接在高频交流电源的两 极上；这样在两盒间窄缝处形成一方向可变的_________， 使从粒子源发出的带电粒子在窄缝电场中________，
质谱仪
已知质谱仪速度选择器部分的匀强电场场强
E=1.2×105V/m，磁场的磁感应强度为B1=0.6T,偏 转分离器的磁感应强度为B2=0.8T，如图所示， 求：
（1）能通过速度选择器的粒子的速度多大？ （2）质子和氘核进入偏转部分后打在照相底片 上的条纹之间的距离d为多少？
三、磁流体发电机是目前世界上正在研究的一种
N：为一离子原 S1、S2：为加速wk.baidu.com场 PP’：实际上为一速度选 择器
R=mv/ q B’
D1、D2为质谱线：每一条谱线 对应于一定的质量，从谱线的 位置可以知道圆周的半径
由于q、B’、v均为定值，则m大的同位素其圆周运动的半 径R亦大，从而区别各种同位素，并且测得R后即可计算 该同位素的粒子质量m
解析：电流在磁场中会受到安培力的作用。从电极流人导 电液体的电流流线如图所示。因为，磁场中闭合的通电导 线所受的合外力为零，所以，这些曲线的电流都可以等效 为两电极连线的直线电流。可得:
电流在导电液体中所 受的安培力为：
F=BID
则流管两端增加的压强差为： ΔP=F/S=BID/π(D/2)2=4BI/πD
则流量:Q Sv d 2 U dU
4 Bd 4B
练习
如图所示是磁流泵的示意。绝缘流管的直径 为D，其中充满处于静止状态的导电液体，流管 的两侧对称地接有两个电极，电极与管内液体接 触，整个装置置于匀强磁场中，磁场的磁感强度 为B。现通过电极通人电流强度为I的电流，则导 流管的两端将增加多大的压强差？
U=I B/nqb 由这个公式可得：霍尔电势差的大小与电流 强度I、磁感应强度B成正比，与导体的宽度成反比。
设电流I是由电子的定向流动形成的，电子 的平均定向速度为v，带电量为e。试问： （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（填“高于”、“低 于”或“等于”） （2）电子所受的洛伦兹力的大小为________.
新型的发电机。它的发电原理：将一束等离子体 （即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的 离子，而整体来说呈中性），喷射入磁场，磁场中 有两块金属板A、B，这时电荷受磁场的作用，聚 集到金属板上，使两金属板间产生电压。
这种发电过程，其微观的模型是电荷在磁场与电 场中的运动，电荷在磁场中偏转，在金属板上聚 集电荷，这些电荷产生电场又阻碍电荷偏转，当 电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，两金属板 上将得到最大的电压，极为发电机的电动势。
（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 霍耳系数 K 1 ，其中n代表导体单位
ne
体积中的电子的个数。
练习1：电磁流量计：
如图：是用来测定导电液体在导管中流动时流量 的仪器，设导管直径为d，用非磁性材料制成，磁感 应强度为B，a、b间测出电势差为U
E=Bdv
所谓“磁流体发电技术”就是用燃料（石油、
天燃气、燃煤、核能等）直接加热成易于电离 的气体，使之在2000℃的高温下电离成导电的 离子流，然后让其在磁场中高速流动。即由热 直接转换成电能，由于无需经过机械能转换环 节，所以称之为“直接发电”，其燃料利用率 得显著提高，这种技术也称为“等离子体发电 技术”。
在匀强磁场中做________，
经窄缝再_______，
再经磁场________，
经电场________，
所以带电粒子就会不断________．
回旋加速器的工作原理：如图所示，放在Ao处的粒子源放出 一个带正电的粒子，它以某一速率vo垂直进入匀强磁场，在磁 场中做________．经过半个周期，当它沿着半圆弧AoA1到达 A1时，在A1A1’处造成一个_______的电场，使这个带电粒子在 A1A1’处受到一次电场的________，速率由vo增大到v1．然后， 粒 子 以 速 v1 在 磁 场 中 做 _______ ． 由 于 粒 子 的 轨 道 半 径 r=_________，与它的________成正比，因而粒子将沿着半径 _______的圆周运动，又经过半个周期，当它沿着半圆弧A1’A2’ 到达A2’时，在A2’A2处造成一个____的电场，使粒子又一次受 到电场________，速率增大到v2，如此继续下去，粒子速度将 ________．