Un selector de velocidad es un dispositivo que utiliza campos eléctricos y magnéticos mutuamente perpendiculares para seleccionar la velocidad de las partículas cargadas. El principio se muestra en la Figura 1. Cuando se inyectan partículas cargadas positivamente desde el paralelo izquierdo a la placa del electrodo, las partículas cargadas se ven afectadas simultáneamente por la fuerza del campo eléctrico FE=qE y la fuerza de Lorentz Fs=Bqv. Cuando sus direcciones son opuestas, las partículas no se desvían, sino que se mueven a una velocidad constante a lo largo de una línea recta, qE=Bqv, por lo que V = E/B, es decir, siempre y cuando las partículas (las cargas negativas son aceptables) estén inyectadas. perpendicular al campo magnético a una velocidad de V = E/B y la dirección del campo eléctrico ortogonal al campo eléctrico.
2. Generador de fluido magnético
Como se muestra en la Figura 2, es un generador de fluido magnético. El principio es: cuando se inyecta plasma en un campo magnético, los iones positivos y los iones negativos se desvían hacia arriba y hacia abajo bajo la acción de la fuerza de Lorentz y se acumulan en las placas A y B, creando una diferencia de potencial y generando un campo eléctrico entre las placas. A y B. Los iones positivos y los iones negativos se ven afectados por la fuerza de Lorentz y la fuerza del campo eléctrico al mismo tiempo. Supongamos que el área relativa de las placas metálicas paralelas A y B es S, la distancia entre ellas es L, la resistividad del plasma es ρ, la velocidad del gas inyectado es V, la intensidad de inducción magnética entre las placas es B , y la resistencia externa es R..No Cuando R está conectado, cuando el plasma ya no pasa a través de la placa A y la placa B a una velocidad uniforme y se desvía hacia arriba y hacia abajo, la carga acumulada en la placa A y la placa B es la mayor , y la diferencia de potencial entre las placas es la mayor. Esta es la fuerza electromotriz de la fuente de alimentación. En este momento, la fuerza iónica está equilibrada: campo E q = Bqv, campo E = Bv, fuerza electromotriz E = campo E L = BLv, resistencia interna de la fuente de alimentación y la corriente en R después de encender R.
3. Caudalímetro electromagnético
Como se muestra en la Figura 3, el principio del caudalímetro electromagnético se puede explicar de la siguiente manera: un conducto circular con un diámetro D está hecho de material no magnético. , en el que el líquido conductor fluye hacia la izquierda. Las cargas libres (iones positivos y negativos) en el líquido conductor son desviadas por la fuerza de Lorentz. Hay una diferencia de potencial entre A y B. Cuando la fuerza del campo eléctrico actúa sobre las cargas libres. se equilibra con la fuerza de Lorentz, A y B. La diferencia de potencial entre ellos permanece estable, lo que se puede calcular mediante BQV = E campo Q =
Efecto Hall
Como se muestra en la Figura. 4, un conductor con espesor a y ancho b. La placa se coloca en un campo magnético uniforme perpendicular a ella con una intensidad de inducción magnética b. Cuando se aplica una corriente en una dirección perpendicular al campo magnético, aparece una diferencia de potencial en los extremos superior e inferior perpendicular a la dirección del campo magnético y la corriente. Este fenómeno se llama efecto Hall y este potencial se llama diferencia de potencial Hall UH. Los experimentos muestran que la diferencia de potencial eléctrico de Hall UH es directamente proporcional a la corriente I que fluye a través de la placa conductora y la intensidad de inducción magnética b del campo magnético, e inversamente proporcional al espesor de la placa. Es decir, k en la fórmula es. llamado coeficiente de Hall.
El efecto Hall se puede explicar de la siguiente manera: cuando la corriente pasa a través de una placa conductora, las cargas en movimiento son desviadas por la fuerza de Lorentz, provocando que aparezcan diferentes cargas en las superficies superior e inferior, dando como resultado un potencial. diferencia. Cuando la fuerza de Lorentz evB es igual a la fuerza del campo eléctrico, se alcanza un equilibrio, es decir, e E campo = evB. Supongamos que la densidad del número de electrones en el conductor es n, entonces I = nevab, porque lo sustituye en la fórmula anterior.
A través del análisis comparativo se encontró que: 1. La fuerza de Lorentz es igual a la fuerza del campo eléctrico cuando la carga se mueve de manera constante; 2. Las diferencias de potencial de los polos superior e inferior en generadores MHD, caudalímetros electromagnéticos y efectos Hall también se pueden analizar desde la perspectiva de la inducción electromagnética: plasma y conductora. En líquidos en campos magnéticos, el flujo de electrones es equivalente a que un conductor metálico de longitud L corte una línea de inducción magnética perpendicular al campo magnético, por lo que se generará una fuerza electromotriz inducida en ambos extremos, por lo que hay U = E = BLV. Debe quedar claro que las partículas cargadas se mueven hacia arriba y hacia abajo en el campo magnético. La deflexión es la causa principal de la diferencia de potencial. 3. El voltaje aplicado a las placas superior e inferior del selector de velocidad es un voltaje externo, y los otros tres; se generan mediante la generación de energía 4. Las cargas conductoras en el generador MHD y el caudalímetro electromagnético son iones positivos y negativos, y en el efecto Hall Las cargas conductoras son solo electrones libres y los iones positivos metálicos no pueden moverse libremente, por lo que los positivos y negativos; Los iones en los dos primeros son desviados hacia arriba y hacia abajo respectivamente por la fuerza de Lorentz, mientras que en el efecto Hall solo los electrones libres son desviados hacia un lado por la fuerza de Lorentz.
La generación de energía mediante fluidos magnéticos es una nueva forma de generar electricidad. Las figuras 5 y 6 son diagramas esquemáticos de su principio de funcionamiento. El paralelepípedo rectangular de la Figura 5 es un conducto de generación de energía, en el que la longitud, la altura y el ancho de la parte hueca son L, A y B respectivamente. Los lados delantero y trasero son aislantes, y los lados superior e inferior son conductores. electrodos con resistencia insignificante. Están conectados a la resistencia de carga R. Todo el conducto de generación de energía está en el campo magnético uniforme generado por la bobina de campo magnético en la Figura 6. La intensidad de la inducción magnética es B y la dirección se muestra en la Figura 6. En el conducto de generación de energía hay gas ionizado de alta temperatura y alta velocidad con una resistividad de ρ, que fluye hacia la derecha a lo largo del conducto y sale a través de una tubería especial.
Debido a que el gas ionizado en movimiento se ve afectado por el campo magnético, se genera una fuerza electromotriz. La velocidad del gas ionizado en una tubería de generación de energía cambia con la presencia o ausencia de un campo magnético. Supongamos que la velocidad del gas ionizado en el conducto de generación de energía es la misma en todas partes, la velocidad del gas ionizado cuando no hay campo magnético es V0, la resistencia por fricción del gas ionizado es siempre proporcional a la velocidad y la presión La diferencia δ p del gas ionizado en ambos extremos del conducto de generación de energía permanece sin cambios. Encuentre:
(1) ¿Cuál es la resistencia de fricción f del gas ionizado sin un campo magnético?
(2) El tamaño de la fuerza electromotriz e del generador MHD.
Análisis: Problema (1): Análisis de fuerza de gas ionizado. Del equilibrio de fuerzas: f = ab δ p.
Pregunta (2): La pregunta es en realidad una explicación detallada del mecanismo de generación de energía del generador MHD en el libro de texto. El principio es simplemente utilizar el gas ionizado que fluye como una varilla de metal para cortar la línea de inducción magnética para generar electricidad y formar un circuito cerrado con la resistencia externa R para generar la corriente inducida y establecer un modelo como se muestra en la Figura 7. La longitud de la varilla conductora es A y el área de la sección transversal es B1, por lo que
Tenga en cuenta que ab en esta pregunta se refiere al área de la sección transversal vertical del tubo rectangular a lo largo de la dirección de la flujo de gas ionizado al calcular la presión. Si el modelo en esta pregunta se subdivide, hay un "modelo de columna actual" encima y debajo de la tubería y un "modelo de presión a lo largo de la dirección del flujo de fluido de la columna". Esta pregunta también se puede ampliar para encontrar el caudal de gas ionizado en la tubería. cuando existe el campo magnético.
Al comparar y analizar modelos similares, resumimos los modelos típicos y descubrimos las características esenciales y las diferencias de los modelos. Tener una "biblioteca de modelos" en mente y aprender a utilizar modelos físicos para trasplantes equivalentes ayudará a mejorar la capacidad de los estudiantes para analizar y resolver problemas prácticos, y es una forma eficaz de deshacerse de un mar de problemas.