霍尔元件 、磁流体发电机.ppt

1、第四节 科学技术,超导体,磁流体发电机,霍尔器件,回旋加速器,质谱仪,速度选择器,一、速度选择器（重力不计）,当满足Bqv=qE时,带电粒子做匀速直线运动 当Bqv=qE不满足时,粒子发生偏转. 选择速度 V=E/B 的粒子.,与粒子带电正负无关. 与质量无关 与速度方向有关,二、质谱仪：用来研究物质同位素的装置,N：为一离子原 S1、S2：为加速电场 PP：实际上为一速度选择器,R=mv/ q B,由于q、B、v均为定值，则m大的同位素其圆周运动的半径R亦大，从而区别各种同位素，并且测得R后即可计算该同位素的粒子质量m,D1、D2为质谱线：每一条谱线对应于一定的质量，从谱线的位置可以知道圆周

2、的半径,质谱仪,已知质谱仪速度选择器部分的匀强电场场强E=1.2105V/m，磁场的磁感应强度为B1=0.6T,偏转分离器的磁感应强度为B2=0.8T，如图所示，求：（1）能通过速度选择器的粒子的速度多大？（2）质子和氘核进入偏转部分后打在照相底片上的条纹之间的距离d为多少？,三、磁流体发电机是目前世界上正在研究的一种新型的发电机。它的发电原理：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的离子，而整体来说呈中性），喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，这时电荷受磁场的作用，聚集到金属板上，使两金属板间产生电压。,这种发电过程，其微观的模型是电荷在磁场与电场中的运动，电荷在磁场中偏

3、转，在金属板上聚集电荷，这些电荷产生电场又阻碍电荷偏转，当电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，两金属板上将得到最大的电压，极为发电机的电动势。,金属板间的磁场磁感应强度为B，板间的距离为d，电荷运动速度为v，则：,qvB=Eq； 发电机的电动势为：=Ed=Bvd,试问：（1）图中哪个极板是发电机的正极？（2）发电机的电动势多大？（3）设喷入两极间的离子流每立方米有n个负 电子。离子流的截面积为S，则发电机的 最大功率多大？,I=2nsvte/t=2nsve,E=Bdv,所谓“磁流体发电技术”就是用燃料（石油、天燃气、燃煤、核能等）直接加热成易于电离的气体，使之在2000的高温下电离成导电的离子流

4、，然后让其在磁场中高速流动。即由热直接转换成电能，由于无需经过机械能转换环节，所以称之为“直接发电”，其燃料利用率得显著提高，这种技术也称为“等离子体发电技术”。,四、霍耳效应是指在通以电流的导体或半导体上，沿垂直于电流方向加一磁场，则在导体或半导体的横侧面上出现电势差的现象。如图所示。其产生的机理与磁流体发电机的原理相同。,两侧的电势差为 ：U=Bva （B为磁感应强度，v为载流子的移动速度）,导体中电流强度I与载流子移动速度v的关系：I=nabqv （n为载流子浓度，即单位体积中的载流子数。q为每个载流子的电量）,U=I B/nqb 由这个公式可得：霍尔电势差的大小与电流强度I、磁感应强度

5、B成正比，与导体的宽度成反比。,设电流I是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，带电量为e。试问：（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（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，证明霍耳系数 ，其中n代表导体单位体积中的电子的个数。,如图：是用来测定导电液体在导管中流动时流量的仪器，设导管直径为d，用非磁性材料制成，磁感应强度为B，a、b间测出电势差为U,练习1：电磁流量计：,则流量:,练习,如图所示是磁流泵的示意。绝缘流管的直径为

6、D，其中充满处于静止状态的导电液体，流管的两侧对称地接有两个电极，电极与管内液体接触，整个装置置于匀强磁场中，磁场的磁感强度为B。现通过电极通人电流强度为I的电流，则导流管的两端将增加多大的压强差？,解析：电流在磁场中会受到安培力的作用。从电极流人导电液体的电流流线如图所示。因为，磁场中闭合的通电导线所受的合外力为零，所以，这些曲线的电流都可以等效为两电极连线的直线电流。可得:,电流在导电液体中所受的安培力为： F=BID,则流管两端增加的压强差为： P=F/S=BID/(D/2)2=4BI/D,五、回旋加速器,回旋加速器的基本结构：如图所示，回旋加速器的核心部分是_，它们就像沿直径把一圆形金

7、属盒子切成两半再拉开一个窄缝，在窄缝_放有粒子源，两D形盒置于巨大的_之间的真空容器中磁场方向_D形盒的底面，两盒分别接在高频交流电源的两极上；这样在两盒间窄缝处形成一方向可变的_，使从粒子源发出的带电粒子在窄缝电场中_， 在匀强磁场中做_， 经窄缝再_， 再经磁场_， 经电场_， 所以带电粒子就会不断_,回旋加速器的工作原理：如图所示，放在Ao处的粒子源放出一个带正电的粒子，它以某一速率vo垂直进入匀强磁场，在磁场中做_经过半个周期，当它沿着半圆弧AoA1到达A1时，在A1A1处造成一个_的电场，使这个带电粒子在A1A1处受到一次电场的_，速率由vo增大到v1然后，粒子以速v1在磁场中做_由

8、于粒子的轨道半径r=_，与它的_成正比，因而粒子将沿着半径_的圆周运动，又经过半个周期，当它沿着半圆弧A1A2到达A2时，在A2A2处造成一个_的电场，使粒子又一次受到电场_，速率增大到v2，如此继续下去，粒子速度将_,因为粒子在磁场中做圆周运动的周期T_，与v、r大小_，所以只要粒子在磁场一定，这个周期T_，而形成电场的正、负极间的电压是_变化的，就可以保证粒子始终被加速,求：外加电场的变化周期？ 粒子从加速器中射出时的最大能量？ 粒子在加速器中被加速的时间？,在磁场中做圆周运动,周期不变 每一个周期加速两次 电场变化周期与在磁场中运动的周期相同 电场一个周期中方向变化两次 最大半径与最大速度相对应 电场加速过程中,时间极短,可忽略,三、超导,在一定温度下一些导电材料的电阻突然减小为0的性质。,超导体的电磁特性：,超导体的电阻准确为0，即按目前的测量精度，超导体的电阻率至少低于10-21m。,超导体一旦形成电路，只要保持超导状态不变，其电流就不会减小，这种电流称为“持久电流”。超导电流不需要电场维持。（超导体具有完全的抗电性，即它的体内的电场强度E=0），也不会产生热效应，超导体是一种真正的理想导体。,超导体的另一重要特性：完全的抗磁性。超导体内部的磁感应强度恒为0，即超导