磁流体发电机
磁流体发电机是什么
磁流体发电机是什么
磁流体发电机是一种利用磁流体的特性来产生电能的装置。
磁流体是一种具有
特殊磁性质的流体，通过加载磁性颗粒或改变流体本身的结构，使其具有类似于固体磁性物质的性质。
在磁流体发电机中，磁流体被置于磁场中，并通过外部力或热能的作用使其产生运动，从而产生电能。
磁流体发电机的工作原理是基于磁体质和磁体力的相互作用。
当磁流体处于外
加磁场中时，磁力线将磁流体中的磁性颗粒排列成链状或类似于磁体的结构。
当外部力或热能作用于磁流体时，磁性颗粒会随着流体的运动而改变位置，从而改变磁体的形状和磁力线的分布。
这种磁体质发生变化会导致在磁体周围产生感应电动势，最终实现电能的输出。
磁流体发电机具有响应速度快、效率高、操作简单等优点。
由于磁流体的流动
能够直接受到外部力或热能的控制，可以实现电能的即时输出和调节，适用于需要快速响应和高效率的场合。
与传统的发电机相比，磁流体发电机无需复杂的机械传动系统，减少了能量的损耗，提高了系统的稳定性和可靠性。
磁流体发电机在各种领域都具有广阔的应用前景。
在航空航天、医疗设备、交
通运输等领域，磁流体发电机可以为设备提供可靠的电源支持；在水下探测、海洋资源开发等领域，磁流体发电机可以实现长时间、稳定的能量供给。
随着磁流体技术的不断发展，磁流体发电机将会在未来的能源领域发挥越来越重要的作用。
综上所述，磁流体发电机是利用磁流体的特性产生电能的装置，其工作原理基
于磁体质和磁体力的相互作用。
磁流体发电机具有快速响应、高效率、操作简单等优点，具有广泛的应用前景，是未来能源领域的重要发展方向之一。
磁流体发电机
RH---霍耳系数
q<0
f 洛 q v B
f e q EH
I
Z
y
B
A
I EH
f洛
I
x
f 洛 f e E H v B
F合 0 a
fe +++++ +++++++
+++++ +++++++
A
B
b
EH
UH a
U H av B
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。 1959年，美国阿夫柯公司建造了第一台磁流体发 电机，功率为115kW。此后各国均有研究制造， 美苏联合研制的磁流体发电机U－25B在1978年8 月进行了第四次试验，气体-等离子体流量为2～ 4kg/s，温度为2950K，磁场为5T，输出功率 1300kW，共运行了50小时。 目前许多国家正在研制百万千瓦的利用超导磁体 的磁流体发电机。现在磁流体发电机制造中的主 要问题是发电通道效率低，目前只有10%。通道 和电极的材料都要求耐高温、耐碱腐蚀、耐化学 烧蚀等，目前所用材料的寿命都比较短，因而磁 流体发电机不能长时间运行。
磁流体发电机中的带电流体，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。
磁流体发电机
设A、B平行金属板的面积为S，两极板间的距离为l，磁场磁感
应强度为B，等离子气体的电阻率为ρ，喷入气体的速度为v，
板外电阻为R.当正、负离子所受静电力和洛伦兹力平衡时，两
极板间达到的最大电势差为U(即电源电动势)，则q
U l
＝qvB，
即U＝Blv.
磁流体发电机
(4)电源内阻：r＝ρlS.
(5)回路电流：I＝r＋UR.
垂直磁场方向射入A、C两板之间，则稳定时下列说法中正确的是( BC) A.极板A是电源的正极
B.极板B是电源的正极
C.电源的电动势为Bdv
D.电源的电动势为Bqv
磁流体发电机
小结
创新微课
结构
磁流体发电机
原理
ห้องสมุดไป่ตู้
qU ＝qvB l
同学，下节再见
创新微课 现在开始
磁流体发电机
磁流体发电机
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磁流体发电机
(1)原理：等离子气体喷入磁场，正负离子在 洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在A、B板 上，产生电势差，它可以把离子的动能通过磁 场转化为电能.
(2)电源正、负极判断：根据左手定则可判断出图中的B是发电机的正极.
磁流体发电机
创新微课
(3)电源电动势U：
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磁流体发电机
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例题(多选)磁流体发电是一项新兴技术，它可把气体的内能直接转化为电
能，图是它的示意图，平行金属板A、C间有一很强的磁场，将一束等离
子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电离子)喷入磁场，两极板
间便产生电压，现将A、C两极板与电阻R相连，两极板间距离为d，正对
面积为S，等离子体的电阻率为ρ，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿
磁流体发电机原理
磁流体发电机原理
磁流体发电机是一种利用磁场和流体相互作用产生电能的设备。
它的工作原理基于磁力线激励了磁流体材料，使其形成一种特殊的流动行为。
磁流体是一种由微小的磁性颗粒悬浮在液体中形成的混合物。
这些磁性颗粒能够受到外部磁场的作用而聚集或是分散。
当磁场作用于磁流体时，颗粒会排列成链状结构，并在液体中形成粒子链。
磁流体发电机利用了这种特殊的流动行为。
它由一个磁体和一个容器组成，容器中装有磁流体。
当外部磁场作用于磁体时，磁流体中的磁性颗粒被激发，形成粒子链。
这些粒子链会随着流体的运动而发生变化，并在容器内产生电流。
具体来说，磁流体发电机通过液体的流动来产生电能。
当液体流过容器时，粒子链会随着流体的流动而改变形状和位置。
这种粒子链的变化会在绕组上产生感应电动势，从而产生电流。
这个电流可以用于供电或存储。
磁流体发电机具有易于控制和调节的优点。
通过控制磁场的强度和方向，可以调节磁流体中粒子链的形状和运动，从而控制电流的产生。
此外，磁流体发电机还可以适应不同的流体介质和操作条件，具有较高的灵活性和适应性。
总的来说，磁流体发电机利用磁场和流体相互作用，通过液体
的流动来产生电能。
它不仅具有高效、灵活的特点，而且可以应用于多种领域，如能量转换、环境保护和航天航空等。
磁流体发电机工作原理
磁流体发电机工作原理磁流体发电机是一种利用磁流体效应产生电力的装置，其工作原理主要基于磁流体在磁场中的行为和特性。
磁流体是一种特殊的液体，其内部悬浮着微小的磁性颗粒，当受到外部磁场作用时，这些颗粒会按照磁场的方向排列，从而产生一定的磁性和流动性。
磁流体发电机利用这一特性来转换磁能和流体动能为电能，是一种新型的高效能发电设备。
磁流体发电机的工作原理主要包括磁场作用、磁流体行为和电能转换三个方面。
首先，磁流体发电机通过外部电源产生一个稳定的磁场，这个磁场的方向和强度会直接影响磁流体内部颗粒的排列和运动。
其次，磁流体在磁场中会产生一定的磁性和流动性，这种特殊的行为使得磁流体具有了一种特殊的导电性和导热性，从而为电能转换提供了基础条件。
最后，磁流体发电机通过磁流体在磁场中的行为和特性，将磁能和流体动能转换为电能，从而实现了发电的功能。
在磁流体发电机中，磁场的作用是至关重要的。
磁场的方向和强度会直接影响磁流体内部颗粒的排列和运动，进而影响磁流体的导电性和导热性。
因此，磁流体发电机需要一个稳定且可控的磁场，以确保磁流体能够按照预期的方式进行运动和排列。
同时，磁流体的选择和制备也是非常重要的，不同类型和性质的磁流体对于磁流体发电机的性能和效率都会产生重要影响。
除了磁场的作用外，磁流体在磁场中的行为和特性也是磁流体发电机工作原理的关键。
磁流体的磁性和流动性使得其具有了一种特殊的导电性和导热性，这为电能转换提供了基础条件。
通过控制磁流体的流动和排列，可以有效地调节磁流体的导电和导热性，从而实现对电能转换过程的控制和调节。
最终，磁流体发电机通过磁流体在磁场中的行为和特性，将磁能和流体动能转换为电能。
这种转换过程是一个高效能的能量转换过程，可以实现对磁能和流体动能的充分利用，从而实现了发电的功能。
与传统的发电设备相比，磁流体发电机具有体积小、效率高、运行稳定等优点，因此在未来的发电领域有着广阔的应用前景。
总的来说，磁流体发电机的工作原理是基于磁流体在磁场中的行为和特性，通过控制磁场和磁流体的行为，将磁能和流体动能转换为电能。
磁流体发电机的原理和应用
磁流体发电机的原理和应用磁流体发电机是一种利用磁流体相互作用实现能量转换的发电机。
其原理是通过将磁流体引入电磁场中，利用磁流体在磁场中受到的力来驱动发电机转子转动，进而产生电能。
磁流体发电机具有结构简单、高效率、无摩擦等优点，广泛应用于航天、军事、能源等领域。
原理磁流体发电机的原理基于磁流体在磁场中的性质。
磁流体是一种特殊的物质，具有良好的导磁性和流变性。
当磁流体置于磁场中时，磁流体内部的微颗粒将受到磁场力的作用，形成排列。
通过改变磁场的方向和强度，可以控制磁流体微颗粒的排列，实现对磁流体的控制。
磁流体发电机通常由电磁铁、转子、定子和磁流体组成。
电磁铁产生磁场，将磁流体引入磁场内，磁流体受到磁场力的作用，驱动转子转动。
转子的运动通过机械结构与发电机相连，产生电能。
应用航天领域磁流体发电机在航天领域具有重要应用。
航天器在太空中运行时无法依靠传统燃料发电，而磁流体发电机可以通过磁流体在磁场中的相互作用产生电能，为航天器提供稳定的电源。
军事领域军事装备对电能的需求量大，且要求电能稳定可靠。
磁流体发电机具有高效率和稳定性，适合用于军事装备的电源系统，提高了作战效率和可靠性。
能源领域磁流体发电机可以利用可再生能源如风能、水能等驱动，将机械能转换为电能。
在能源领域应用磁流体发电机可以有效利用自然资源，减少对传统能源的依赖，保护环境。
结语磁流体发电机作为一种新型发电技术，具有广阔的应用前景。
在航天、军事、能源等领域发挥着重要作用，为人类社会发展做出了贡献。
随着技术的不断进步和创新，磁流体发电机将在未来得到更广泛的应用，并为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
磁流体发电机高中物理
磁流体发电机高中物理磁流体发电机（Magnetohydrodynamic generator，MHD），又称磁流体转换器，是一种以磁力光学和流体动力学原理为基础的发电机。
它利用热能或外部热能改变流体的性质，以利用磁力将流体的动能转换为电能的一种装置。
一、磁流体发电机的原理1、热能被用来加热流体：将热能转换为流体的动能，大大提高了流体的热导率，能够形成流体的流动态。
2、磁场的作用：当磁流体流动时，伴随着磁场的存在，从而形成一个回路，并能够产生涡流。
3、涡流的发电：运动在磁场内，流体会产生涡流及磁感应，再通过涡流发电机产生电能。
二、磁流体发电机的优点1、具有高效率：涡流发电机的转矩效率和功率效率均高，可以达到85％左右。
2、可靠性高：磁流体转换器仅需一些调节器就可完成，可提高可靠性和稳定性。
3、节省成本：利用热能或外部热能改变流体的状态，无需增加费用，可以节约开支。
三、磁流体发电机的缺点1、相对质量较大：由于设备中使用了磁铁、管道和高温工艺等 B型附件，所以设备的质量比较大。
2、管道运行积灰：大部分操作都需要在较高的温度环境中工作，很容易积聚灰尘，影响运行效率。
3、外界环境变化大：磁流体发电机受外部热能的影响较大，如果室温突然升高，可能会造成抗性的变化，影响其性能。
四、磁流体发电机的应用1、航空航天：磁流体发电机能够发挥航天器登月航行，太阳能电池发电、推进等作用，广泛应用于航天工程。
2、化工行业：磁流体发电机可以发挥流体的作用，在化工行业用来控制温度和添加催化剂，促进化学反应。
3、动力发电：磁流体发电机可用来作为发电机组的主要部件，发电效率高，能够做到对环境无害，因此在发电领域有着广泛的应用。
磁流体发电机
• 美国科学家首先提出磁流体发电机的概念 • 20世纪70年代开始进行实验研究
磁流体发电机的技术发展经历了几个阶段
• 基本原理和实验方法的研究阶段 • 关键技术和系统集成的研究阶段 • 应用领域和产业化的研究阶段
磁流体发电机在能源领域的应用
磁流体发电机在火力发电和核能发电领域具有广泛 应用前景
• 基本原理和实验方法已经成熟 • 关键技术取得了突破，系统集成技术取得进展
磁流体发电机在实际应用中仍面临技术难题
• 磁场发生器和电极的材料和设计问题 • 流体的磁化和运动控制问题 • 磁流体发电机的稳定性和可靠性问题
磁流体发电机面临的技术挑战与问题
磁流体发电机面临的主要技术挑战包括材料、设计 和控制问题
磁流体发电机的研究方向包括实验研究、 数值模拟和应用研究
• 开发高性能磁场发生器和电极材料 • 研究智能化控制技术，提高发电效率 和稳定性 • 研究系统集成技术，实现磁流体发电 机的高效应用
• 加强实验研究，验证理论分析和数值 模拟结果 • 开展数值模拟，优化磁流体发电机的 设计和性能 • 加强应用研究，推动磁流体发电机的 实际应用和产业化进程
• 能够有效利用废热和余压能源，提高 能源利用效率 • 在核电站和火力发电厂等领域具有潜 在应用价值
磁流体发电机在新能源开发和节能技术 方面具有优势
• 在太阳能、风能等新能源领域具有广 泛应用前景 • 能够为电动汽车、照明系统等提供高 效、稳定的电能
磁流体发电机在其他领域的潜在应用
磁流体发电机在生物医学和环境保护领域具有潜在应用价值
• 磁场发生器产生稳定的磁场 • 流体通道使流体在磁场中运动 • 电极将产生的电动势输出
磁流体发电机的工作原理可以分为两个 过程
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23.（18分）
如图是磁流体发电工作原理示意图。
发电通道是个长方体，其中空部分的长、高、宽分别为l 、a 、b ，前后两个侧面是绝缘体，上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R 相连。
发电通道处于匀强磁场里，磁感应强度为B ，方向如图。
发电通道内有电阻率为ρ的高温等离子电离气体沿导管高速向右流动，运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。
发电通道两端必须保持一定压强差，使得电离气体以不变的流速v 通过发电通道。
不计电离气体所受的摩擦阻力。
根据提供的信息完成下列问题：
（1）判断发电机导体电极的正负极，求发电机的电动势E ；
（2）发电通道两端的压强差P ∆；
（3）若负载电阻R 阻值可以改变，当R 减小时，电路中的电流会增大；但当R 减小到R 0时，电流达到最大值(饱和值)I m ；当R 继续减小时，电流就不再增大，而保持不变。
设变化过程中，发电通道内电离气体的电阻率保持不变。
求
23．（18分）
如图所示为某种质谱仪的结构示意图。
其中加速电场的电压为U ，静电分析器中与圆心O 1等距各点的电场强度大小相同，方向沿径向指向圆心O 1。
磁分析器中以O 2为圆心、圆心角为90°的扇形区域内，分布着方向垂直于纸面的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行。
由离子源发出一个质量为m 、电荷量为q 的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后，从M 点沿垂直于该点的场强方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿半径为R 的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动，并从N 点射出静电分析器。
而后离子由P 点沿着既垂直于磁分析器的左边界，又垂直于磁场方向射入磁分析器中，最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从Q 点射出，并进入收集器。
测量出Q 点与圆心O 2的距离为d 。
（1）求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E 的大小；
（2）求磁分析器中磁场的磁感应强度B 的大小和方向；
（3）通过分析和必要的数学推导，请你说明如果离子的质量为0.9m ，电荷量仍为q ，其他条件不变，这个离子射出电场和射出磁场的位置是否变化。
23．（18分）在高能物理研究中，粒子加速器起着重要作用，而早期的加速器只能使带电粒子在高压电场中加速一次，因而粒子所能达到的能量受到高压技术的限制。
1930年，Earnest O. Lawrence提出了回旋加速器的理论，他设想用磁场使带电粒子沿圆弧形轨道旋转，多次反复地通过高频加速电场，直至达到高能量。
图15甲为Earnest O. Lawrence 设计的回旋加速器的示意图。
它由两个铝制D型金属扁盒组成，两个D形盒正中间开有一条狭缝；两个D型盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压。
图15乙为俯视图，在D型盒上半面中心S处有一正离子源，它发出的正离子，经狭缝电压加速后，进入D 型盒中，在磁场力的作用下运动半周，再经狭缝电压加速；为保证粒子每次经过狭缝都被加速，应设法使交变电压的周期与粒子在狭缝及磁场中运动的周期一致。
如此周而复始，最后到达D型盒的边缘，获得最大速度后被束流提取装置提取出。
已知正离子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小恒为U，磁场的磁感应强度为B,D型盒的半径为R，狭缝之间的距离为d。
设正离子从离子源出发时的初速度为零。
（1）试计算上述正离子从离子源出发被第一次加速后进入下半盒中运动的轨道半径；
（2）尽管粒子在狭缝中每次加速的时间很短但也不可忽略。
试计算上述正离子在某次加速过程当中从离开离子源到被第n次加速结束时所经历的时间；
（3）不考虑相对论效应，试分析要提高上述离子被半径为R的回旋加速器加速后的最大动能可采用的措施。
23.（18分）
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。
如图1，将一金属或半导体薄片垂直至于磁场B中，在薄片的两个侧面a、b间通以电
流I时，另外两侧c、f间产生电势差，这一现象称霍尔效应。
其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用相一侧偏转和积累，于是c、f间建立起电场ＥＨ，同时产生霍尔电势差ＵＨ。
当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，ＥＨ和ＵＨ达到稳定值，ＵＨ的大小与I和
B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式
H H IB
U R
d
=，其中比例系数ＲＨ称为霍尔系数，仅与材料性质有关。
（１）设半导体薄片的宽度（c、f间距）为l，请写出ＵＨ和ＥＨ的关系式；若半导体材料是电子导电的，请判断图１中c、f哪端的电势高；
（２）已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为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）；
（３）图2是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着ｍ个永磁体，相邻永磁体的极性相反。
霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。
当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图３所示。
ａ.若在时间ｔ内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，请导出圆盘转速N的表达式。
ｂ.利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。
除除此之外，请你展开“智慧的翅膀”，提出另一个实例或设想。