霍尔元件、磁流体发电机课件

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第四节科学技术超导体磁流体发电机霍尔器件回旋一、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一、速度选择器（重力不计）当满足Bqv=qE时,带电粒子做匀二、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/qB’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mD1、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的半径二、质谱仪：用来研究物质同位素的装置N：为一离子原R=mv/质谱仪

已知质谱仪速度选择器部分的匀强电场场强E=1.2×105V/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？质谱仪已知质谱仪速度选择器部分的匀强电场场强E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。

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ε为：ε=Ed=Bvd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=2nsveE=Bdv试问：

（1）图中哪个极板是发电机的正极？

（2）发电机的电所谓“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，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”。

所谓“磁流体发电技术”就是用燃料（石油、天燃气、燃煤、核能等四、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=IB/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B成正比，与导体的宽度成反比。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

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________.设电流I是由电子的定向流动形成的，电子的平均定

（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。（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

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:如图：是用来测定导电液体在导管中流动时流量的仪练习

如图所示是磁流泵的示意。绝缘流管的直径为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？

练习如图所示是磁流泵的示意。绝缘流管的直径为D，其中解析：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：

ΔP=F/S=BID/π(D/2)2=4BI/πD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五、回旋加速器五、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________．回旋加速器的基本结构：如图所示，回旋加速器的核心部分是___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A1’A2’到达A2’时，在A2’A2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________．

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？因为粒子在磁场中做圆周运动的周期T________，与v、r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,可忽略在磁场中做圆周运动,周期不变三、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10-21Ωm。

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。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，即超导体能