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第28卷总第373期
2010年第3期(上半月)
物理教学探讨
JournalofPhysicsTeaching
Vol.28No.373
(S)3.2010.53.
物理
实验浅析磁流体发电机的原理及其应用
周勇
江西临川二中,江西省抚州市344100
摘要:阐明磁流体发电机,又叫等离子发电机的原理。它是根据电磁感应原理,用导电流体,例如气体或液体,与
磁场相对运动而发电的一种设备。磁流体发电时,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。
关键词:磁流体发电机;电场力;洛伦兹力;电动势;压强差;最大电流;功率
中图分类号:G633.7文献标识码:A文章编号:1003-6148(2010)3(S)-0053-2
磁流体发电是一种新型的发电技术,它的
非静电力是洛伦兹力。磁流体发电机是将内能直
接转化为电能的装置。本文对磁流体发电机的工
作原理及其所涉及的一些物理参量进行阐述,与
读者一起探讨。
1工作原理与示意图
磁流体发电机的示意图如图1,它由燃烧室
(O)、发电通道(E)和偏转磁场(B)组成,在很高
的温度(大约超过2000℃)下,燃料与氧化剂在
燃烧室混合、燃烧后,电离为导电的正负离子(即
等离子体),并以几百米每秒的高速奔入磁场,在
洛伦兹力的作用下,正、负离子分别向上、下极板
偏转,两极板因聚集正、负电荷而产生静电场。这
时,等离子体同时受到方向相反的洛伦兹力和电
场力的作用。当电场力小于洛伦兹力时,离子继
续偏转,两极电势差随之增大;当电场力等于洛
伦兹力时,离子匀速穿过磁场,两极电势差达到
最大值,即为电源电动势。
2有关物理量的计算
2.1电动势
电源最重要的两个参数是电源的电动势和
内电阻。现设两极板间距为d,根据两板电势差
到达最大时,等离子体所受到的电场力和洛伦兹
力相等,即Bqv=Eq,又由U=Ed,可知此时两
极板的电势差为U=Bdv,当外电路断路时,电
源的路端电压等于电源电动势时,此磁流体发电
机的电动势即为E=Bdv。
2.2发电通道两端的压强差的计算
设外电路的用电器的电阻为R,电源内阻为
r,发电通道的横截面积为S,发电通道的入口处
的压强为p1,出口处的压强为p2,当开关闭合
后,发电机消耗的机械功率为P=F1v-F2v=
p1Sv-p2Sv=ΔpSv,产生的电功率为P总=
E2
r+R=
(Bdv)2
r+R,根据能量守恒定律,由机械能
转化为电能,ΔpSv=(Bdv)
2
r+R,所以
Δp=(Bdv)
2
(r+R)Sv=
B2d2v
(r+R)S。
2.3带电粒子单位时间内打到极板的个数
设外电路的用电器的电阻为R,额定功率为
P,设每个正负离子所带的电荷量均为q。若用电
器正常工作,由P=I2R,I=PR,每秒通过用
电器的电量为Q=It=PR,由于要保持正负
两极之间的电势差不变,即极板两端所带的电量
不变,所以,偏向某一极板的离子的电量一定与
相同时间内从该极板流走的电荷量相等,所以有
Q=nq,所以n=Qq=1qPR,即带电粒子单位
时间内打到极板的个数为1qPR。
2.4干路中所能形成持续稳定的最大电流
设正、负离子的电荷量均为q。等离子体以
速度v喷入M、N两板之间,离子流单位体积内
有n对正负离子,离子流的截面积为S。当所有的
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Vol.28No.373
(S)3.2010.54.
物理教学探讨
JournalofPhysicsTeaching
第28卷总第373期
2010年第3期(上半月)
薄膜干涉的应用
陈明伟
山东省无棣县第一高级中学,山东省无棣县251900
摘要:薄膜干涉作为一种光的干涉现象,在现实中应用很多,本文介绍了其在检查平面的平整程度、解释牛顿环、
增透膜三方面的应用。
关键词:薄膜干涉;检查;增透膜;牛顿环
中图分类号:G633.7文献标识码:A文章编号:1003-6148(2010)3(S)-0054-3
光照射到薄膜时,从薄膜的前后表面或上、
下表面分别反射出两列波能够发生干涉。在薄膜
的某一厚度,两列反射光波同相,叠加后互相加
强,产生明纹,而在另一厚度处,两列反射光波恰
恰反相,叠加后互相减弱,出现暗纹。由于在不同
厚度处产生不同的条纹,所以单色光照射薄膜产
生明暗相间的条纹。
用白光照射薄膜时,不同厚度处出现不同色
光的亮纹,形成彩色的干涉图样。
薄膜干涉的应用有以下几方面:
1用干涉法可以检查平面的平整程度
在磨制各种镜面或其他精密部件时,对加工
表面的形状可以用干涉法检查。如果被检查的表
面是一个平面,可以在它的上面放一个透明的标
准样板,并在一端垫一个透明的标准样板,使样
板的标准平面和被检查的平面间形成一个楔形
离子均分别打到相应的极板上时,所能形成的电
流最大,即Im=Qt=nSvtqt=nSvq。
3例题分析
例目前世界上正
在研究的新型发电机
———磁流体发电机的原
理如图2所示,设想在相
距为d、且足够长的M、
N两金属板间加有垂直
纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场,两板
通过开关S与电阻R相连。将气体加热到使之高
度电离成等离子体,正、负离子的电荷量均为q。
将等离子体以速度v喷入M、N两板之间,这时
两板上就会聚集电荷而产生电压,这就是磁流体
发电机与一般发电机的不同之处,它可以直接把
内能转化为电能。
(1)指出图中发电机的正、负极。
(2)求发电机的电动势。
(3)设喷入两板间的离子流单位体积内有n
对正负离子,离子流的截面积为S,则发电机的
最大功率为多少?
解析(1)等离子体从左侧射入磁场时,由
左手定则可知,正离子受到向上的洛伦兹力而向
M板偏转,使M板上聚集正电荷;同样,N板上
聚集负电荷。从而M板是发电机的正极、N板是
发电机的负极。
(2)当开关S断开时,M、N两板的电压就等
于电源的电动势。稳定时,M、N两板上电荷不
再增加,此时等离子体所受的洛伦兹力与电场力
恰好平衡,即有Eq=qvB,有因为E=Ud,所以
电源的电动势为U=Bdv。
(3)在理想状态时,喷入两极间的离子流全
部流向两极,这时电源达到最大功率。此时电路
中的最大电流为:Im=Nqt,N为在时间t内喷入
两极间的正、负离子的总数,即:N=nSvt。所以
发电机的最大功率为:Pm=UIm=ndqSBv2。
实际的磁流体发电机的构造非常复杂,用来
产生磁场的磁系统和导电气流的通道等形状结
构的选择都十分讲究。本文通过磁流体发电机的
发电原理和相关的物理量的处理以及简单的应
用,对磁流体发电机进行简单的阐述,希望能给
读者一些帮助。
参考文献:
[1]吕友昌.开环磁流体发电.北京工业大学出版社.
1998-12
(栏目编辑王柏庐)
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