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
01
02
03
04
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