资料：磁流体发电机

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：

VuVu电动势、电功率模型原理图

为了方便求解，假设v0在运动过程中不变，其中F是外界的推力，F是安培力。0 p AF二F二Bldp A&=Bvd0I=Kq饱和p =el =BvdKqmax 饱和 0当外接电阻是R时，I= =o<Il R+rR+r饱和L LB2vd20—R+rLR B2v2d2Rp=Fv L—= 0Lp0R+r \R+rhL L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109kW。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，日本的一些科学家将计划利用海流建造一座容量为1500kW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=100m海水的电阻率P=0.25Q・m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=5m/s流过两金属板之间，将在两板之间形成电势差。达到稳定状态时，哪块金属板的电势较高？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？若用此发电装置给一电阻为20Q的航标灯供电，则在8h内航标灯所消耗的电能为多少？解析：(1)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)E=Bdv=0.1X100X5V=50V(4分)d0.25x100 、r=P= Q=0.25Q(4分)S 1x102E 50I=二 A，(4分)8小时航标灯消耗的电能Ez=I2Rt=3.6X106J。(4R+r20+0.25分)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,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°，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不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大；磁流体发电机的电动势E的大小；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二abAp。(2)设磁场存在时的气体流速为v,则磁流体发电机的电动势E二Bav回路中的电流I回路中的电流I二Bav电流1受到的安培力尸安设F'为存在磁场时的摩擦阻力，依题意F' v 一设F'为存在磁场时的摩擦阻力，依题意= ，存在磁场时，由力的平衡得Fv0abAp二F安+F'Bav根据上述各式解得E= 0 4 B2av1+ 0-bAp（R+需）lbl(3)磁流体发电机发电导管的输入功率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、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,.it南设管道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k..it南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；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；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d 了E（2）两板间海水的电阻r=P ，贿赂中的电流1二ab R+r磁场对管道内海水的作用力F