資料：磁流體發(fā)電機

專題復習：磁流體發(fā)電機的原理及應用、考點精講磁流體發(fā)電機，又叫等離子發(fā)電機，是根據(jù)電磁感應原理，用導電流體，例如空氣或液體，與磁場相對運動而發(fā)電的一種設備。磁流體發(fā)電，是將帶電的流體離子氣體或液體）以極高的速度噴射到磁場中去，利用磁場對帶電的流體產(chǎn)生的作用，從而發(fā)出電來。下面簡單介紹一下磁流體發(fā)電機的原理和理想模型電動勢、電功率推導。如圖所示，在外磁場中的載流導體除受安培力之外，還會在與電流、外磁場垂直的方向上出現(xiàn)電荷分離，而產(chǎn)生電勢差或電場，稱其為霍爾效應。若載流導體為導電的流體粒子，以很高的速度射入磁場，就可在兩極板間產(chǎn)生電動勢。從微觀角度來說，當一束速度是V的粒子進入磁場強度為B的磁場一段時間后，粒子所受的電場力和洛倫茲力相等Eq=BvqE=Bv這時，粒子進入磁場后不再發(fā)生偏轉(zhuǎn)，它所產(chǎn)生的電動勢s=Ed=Bvd這樣就形成了磁流體發(fā)電機的原型。利用下圖進行理想模型電動勢、電功率的推導。我們可以將運動的粒子可看成一根根切割磁力線的導電棒，根據(jù)法拉第電磁感應定律,會在棒兩端產(chǎn)生動生電動勢，如下圖所示：

VuVu電動勢、電功率模型原理圖

為了方便求解，假設v0在運動過程中不變，其中F是外界的推力，F(xiàn)是安培力。0 p AF二F二Bldp A&=Bvd0I=Kq飽和p =el =BvdKqmax 飽和 0當外接電阻是R時，I= =o<Il R+rR+r飽和L LB2vd20—R+rLR B2v2d2Rp=Fv L—= 0Lp0R+r \R+rhL L所以利用磁流體發(fā)電，只要加快帶電流體的噴射速度，增加磁場強度，就能提高發(fā)電機的功率。例題精講例1：25、（20分）由于受地球信風帶和盛西風帶的影響，在海洋中形成一種河流稱為海流。海流中蘊藏著巨大的動力資源。據(jù)統(tǒng)計，世界大洋中所有海洋的發(fā)電能力達109kW。早在19世紀法拉第就曾設想，利用磁場使海流發(fā)電，因為海水中含有大量的帶電離子，這些離子隨海流做定向運動，如果有足夠強的磁場能使這些帶電離子向相反方向偏轉(zhuǎn)，便有可能發(fā)出電來。目前，日本的一些科學家將計劃利用海流建造一座容量為1500kW的磁流體發(fā)電機。如圖所示為一磁流體發(fā)電機的原理示意圖，上、下兩塊金屬板MN水平放置浸沒在海水里，金屬板面積均為S=lX102m2，板間相距d=100m海水的電阻率P=0.25Q?m在金屬板之間加一勻強磁場，磁感應強度B=0.1T,方向由南向北，海水從東向西以速度v=5m/s流過兩金屬板之間，將在兩板之間形成電勢差。達到穩(wěn)定狀態(tài)時，哪塊金屬板的電勢較高？由金屬板和海水流動所構(gòu)成的電源的電動勢E及其內(nèi)電阻r各為多少？若用此發(fā)電裝置給一電阻為20Q的航標燈供電，則在8h內(nèi)航標燈所消耗的電能為多少？解析：(1)由右手定則可知N板相當于電源的正極，故N板電勢高(4分)E=Bdv=0.1X100X5V=50V(4分)d0.25x100 、r=P= Q=0.25Q(4分)S 1x102E 50I=二 A，(4分)8小時航標燈消耗的電能Ez=I2Rt=3.6X106J。(4R+r20+0.25分)例2.磁流體發(fā)電是一種新型發(fā)電方式，圖2和圖3是其工作原理示意圖。圖2中的長方體是發(fā)電導管，其中空部分的長、高、寬分別為1、a、b，前后兩個側(cè)面是絕緣體，下下兩個側(cè)面是電阻可略的導體電極，這兩個電極與負載電阻rl相連。整個發(fā)電導管處于圖3中磁場線圈產(chǎn)生的勻強磁場里,磁感應強度為B，方向如圖所示。發(fā)電導管內(nèi)有電阻率為P的高溫、高速電離氣體沿導管向右流動，并通過專用管道導出。由于運動的電離氣體受到磁場作用，產(chǎn)生了電動勢。發(fā)電導管內(nèi)電離氣體流速隨磁場有無而不同。設發(fā)電導管內(nèi)電離氣體流速處處相同，且不存在磁場時電離氣體流速為v°，電離氣體所受摩擦阻力總與流速成正比，發(fā)電導管兩端的電離氣體壓強差Ap維持恒定，求:圖2 圖3不存在磁場時電離氣體所受的摩擦阻力F多大；磁流體發(fā)電機的電動勢E的大??；磁流體發(fā)電機發(fā)電導管的輸入功率P。解析：(1)不存在磁場時，由力的平衡得F二abAp。(2)設磁場存在時的氣體流速為v,則磁流體發(fā)電機的電動勢E二Bav回路中的電流I回路中的電流I二Bav電流1受到的安培力尸安設F'為存在磁場時的摩擦阻力，依題意F' v 一設F'為存在磁場時的摩擦阻力，依題意= ，存在磁場時，由力的平衡得Fv0abAp二F安+F'Bav根據(jù)上述各式解得E= 0 4 B2av1+ 0-bAp（R+需）lbl(3)磁流體發(fā)電機發(fā)電導管的輸入功率P二abvAp由能量守恒定律得P二EI+F'v故:abvAp 0—4 B2av1+ 0-bAp（R+字）Lbl三、課堂練習1、由于受地球信風帶和盛行西風帶的影響，海洋中一部分海水做定向流動，稱為風海流，風海流中蘊藏著巨大的動力資源?因為海水中含有大量的帶電離子，這些離子隨風海流做定向運動，如果有足夠強的磁場能使海流中的正、負離子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，便可用來發(fā)電圖為一利用風海流發(fā)電的磁流體發(fā)電機原理示意圖，用絕緣材料制成一個橫截面為矩形的管道，在管道的上、下兩個內(nèi)表面裝有兩塊金屬板M、N,金屬板長為a,寬為b,兩板間的距離為d將管道沿風海流方向固定在風海流中，在金屬板之間加一水平勻強磁場，磁感應強度大小為B,方向由南向北，用導線將M、N外側(cè)連接電阻為R的航標燈(圖中未畫出).工作時，海水從東向西流過管道，在兩金屬板之間形成電勢差，可以對航標燈供電,.it南設管道內(nèi)海水的流速處處相同，且速率恒為v,海水的電阻率為P，海水所受摩擦力與流速成正比，比例系數(shù)為k..it南求磁流體發(fā)電機電動勢E的大小，并判斷M、N兩板哪個板電勢較咼；由于管道內(nèi)海水中有電流通過，磁場對管道內(nèi)海水有力的作用，求此力的大小和方向；求在t時間內(nèi)磁流體發(fā)電機消耗的總機械能.

【解析】（1）磁流體發(fā)電機電動勢E=Bdv用左手定則判斷出正離子向N板偏轉(zhuǎn)，因此N板的電勢高d 了E（2）兩板間海水的電阻r=P ，賄賂中的電流1二ab R+r磁場對管道內(nèi)海水的作用力F