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1、高三专题复习：磁流体发电机的原理及应用、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 的粒子进
2、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Eq = BvqE = Bv这时，粒子进入磁场后不再发生偏转，它所产生的电动势s = Ed = Bvd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：电动势、电功率模型原理图为了方便求解假设v。在运动过程中不变其中Fp是外界的推力，J是安培力。F 二 F 二 BldpA& = Bv d0I = Kq饱和p= el= Bv dKqmax 饱和 0当外接电阻是R时，I =启 IlR + r R
3、 + r 饱和LLF = FpAB2v d2 o R + rLRB2v 2d2Rp = F vL =0 Lp 0 R + rR + r 七LL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。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
4、科学家将计划利用海流 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=lX102m2，板间相距d=100 m海 水的电阻率P =0.25 Qm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 Q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
5、)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=0.1X100X5 V=50 V (4 分)d 0.25 x 100八r= P =Q=0.25Q(4 分)S1x102E50(3) I= 二A，(4分)8小时航标灯消耗的电能E，=I2Rt=3.6X106 J。(4分)R + r 20 + 0.25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1、a、b，前后两个侧面是绝缘体，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Rl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，
6、磁感应强度为B，方向如图所示。发电导管内有电阻率为P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v 0，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Ap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P。解析：(1)不存在磁场时，由力的平衡得F = abAp。(2)设磁场存在时的气体流速为v,则磁流体发电机的电
7、动势E二Bav回路中的电流I=BavP abl电流1受到的安培力仃B2a2vF v设F为存在磁场时的摩擦阻力，依题意百二一,存在磁场时，由力的平衡得 F v0abAp = F安+ FBav根据上述各式解得E=04B 2 av1 + bAp （R + 兽）L bl(3)磁流体发电机发电导管的输入功率P = abvAp由能量守恒定律得P = EI + F v故:abv ApP =0-B 2 av1 +0-bAp （R + 兽）L bl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
8、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.it B i/乐内海水的流速处处相同，且速率恒为v,海水的电阻率为P,海 水所受摩擦力与流速成正比，比例系数为
9、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 板电势较咼；(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.【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dE（2）两板间海水的电阻r =p，贿赂中的电流I =abR + r磁场对管道内海水的作用力F磁-Bid磁abB2d2v解得F二一磁 abR + p d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s12 磁abB2d2在t时间内磁流体发电机消耗的总机械能E= W1+ W2=（ k +）v2t12abR + p d
