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      電磁流量計

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      電磁流量計與霍爾元件、磁流體發電機的原理對比分析

      來源:作者:發表時間:2016-10-27 10:10:44

      【摘 要】霍爾元件、磁流體發電機、電磁流量計有著非常相似的工作原理,**終的動態平衡都是洛倫茲力等于電場力,學生容易混淆。針對此問題,對霍爾元件、磁流體發電機、電磁流量計進行對比分析,讓學生更具體掌握這三種電子儀器的異同。

        一、霍爾元件

      sdf.gif


        如圖1 所示,一塊高為h、寬為d、長為a的金屬片,存在外加磁場B作用下,當有電流流過時,在金屬片上下表面形成電壓,這種現象稱為霍爾效應,此電壓稱為霍爾電壓。
        推導霍爾電壓可以用到以下幾個技巧。
       ?。?)畫出平面圖,畫圖時眼睛順著磁場的方向,如圖2。 未s題-2.gif
       ?。?)金屬片中的電流是由于電子的定向移動而形成的。
       ?。?)與電流垂直的橫截面積為hd。
        運動電子受洛倫茲力的作用而偏向上表面,使該表面形成電子的積累,出現了正電荷。這樣,在兩表面間就形成了一個電場,因此運動電子在受到洛倫茲力的同時,又受到電場力的作用,**后當這兩力大小相等時,電子的積累達到動態平衡,這時金屬片兩側上下表面之間建立的電場稱為霍爾電場,相應的電壓稱為霍爾電壓。
        推導霍爾電壓的過程:
        QQ截圖20161027101326.jpg
         二、磁流體發電機

      磁流體發電機的原理示意圖未標dfg題-4.gif


        磁流體發電機的示意圖如圖3所示,它由燃燒室(O)、發電通道(E)和偏轉磁場B組成,在很高的溫度(大約超過2000℃)下,燃料與氧化劑在燃燒是混合,燃 燒后,電離為正負離子(即等離子體),并以幾百米的高速奔入磁場,在洛倫茲力的作用下,正、負離子分別向向上、下極板偏轉,兩級板因聚集正、負電荷而產生向下的電場。這時,等離子體受到方向相反的洛倫茲力和電場力的作用。當場力小于洛倫茲力時,離子繼續偏轉,兩極板間的電勢差隨之增大,直到電場力等于洛倫茲力(即達到動態平衡),離子勻速通過磁場,兩極板的電勢差達到**大值。
        分別從微觀和宏觀兩個方面推導電源電動勢:
        在微觀方面可以把離子的運動看成微觀粒子的運動?,F設極板的長為a,寬為b,兩極板的間距為d,當達到動態平衡時即QQ截圖20161027101834.jpg。
        在宏觀方面可以把離子的運動看成長為d導體棒以速度v切割磁感線,產生的感應電動勢E=Bdv為即為磁流體發電機的電動勢。
        QQ截圖20161027101845.jpg當外電路接了阻值為R的電阻,其等效電路如圖4所示,電源的內阻,其中為等離子體的電阻率,電路中的電流,電阻R獲得的電壓。
        三、電磁流量計

      電磁流量計工作原理圖


        電磁流量計廣泛應用于測量可導電流體(如污水)在管中的流量(在單位時間內通過管內橫截面的流體的體積)。電磁流量計的示意圖如圖5所示,它由導電液體的輸送管道、偏轉磁場和流量傳感器組成?,F設管道的內徑為、長度為L,導電液體的電阻率為。管道中的導電液體有流動的正負離子,運動中它們都將受到洛倫茲力的作用,向管壁的左右兩側運動,因此管壁兩側會形成電場,便出現了電動勢,隨著兩側電荷的積累,**終后續的離子達到洛倫茲力等于電場力,正負離子不再往左右移動,管壁上的正負電荷不再增加。此時有,得即為管道兩側的電動勢。再根據流量計的定義,可得。若在管外左右兩表面分別于一串聯了電阻R的電流表的兩端相連,并測得電流為I,則有,其中為導電液體的電阻。因此。
        四、三種電子儀器的比較

      未標56ghjk題-6.gif

      日日干夜夜操

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