磁流体发电具有结构简单、启动快捷、环保且无需转动机械等优势。如图所示,是正处于研究阶段的磁流体发电机的简易横型图,其发电通道是一个长方体空腔,长、高、宽分别为l、a、b,前后两个侧面是绝缘体,上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极,这两个电极通过开关与阻值为R的某种金属直导体连成闭合电路,整个发电通道处于匀强磁场(磁场方向垂直由长l和高a组成的平面向里)中,磁感应强度的大小为B。高温等离子体保持以不变的速率v水平向右通过发电通道,发电机的等效内阻为r,忽略等离子体的重力、相互作用力及其他因素.当开关闭合后,整个闭合电路中就会产生恒定的电流。
(1)求开关S闭合后,该磁流体发电机的电极间的电压U;
(2)要使等离子体以不变的速率v通过发电通道,必须有推动等离子体在发电通道内前进的作用力.如果不计其他损耗,这个推力的功率,就应该等于该发电机的总功率,请证明这个结论;
(3)若以该金属直导体为研究对象,由于电场的作用,金属导体中自由电子定向运动的速率增加,但运动过程中会与导体内几乎不动的离子碰撞从而减速,因此自由电子定向运动的平均速率不随时间变化。设该金属导体的横截面积为S,电阻率为,电子在金属导体中可认为均匀分布,每个电子的电荷量为e,求金属导体中每个电子所受平均阻力f大小。
(1)求开关S闭合后,该磁流体发电机的电极间的电压U;
(2)要使等离子体以不变的速率v通过发电通道,必须有推动等离子体在发电通道内前进的作用力.如果不计其他损耗,这个推力的功率,就应该等于该发电机的总功率,请证明这个结论;
(3)若以该金属直导体为研究对象,由于电场的作用,金属导体中自由电子定向运动的速率增加,但运动过程中会与导体内几乎不动的离子碰撞从而减速,因此自由电子定向运动的平均速率不随时间变化。设该金属导体的横截面积为S,电阻率为,电子在金属导体中可认为均匀分布,每个电子的电荷量为e,求金属导体中每个电子所受平均阻力f大小。
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更新时间:2022-01-16 19:55:15
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【知识点】 磁流体发电机的相关计算
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【推荐1】某同学受磁流体发电机的启发,设计了一种新型发电装置。如图所示,将发电装置、开关、导线与电阻组成一个电路,这种新型发电装置可看作直流电源。从微观角度看,在相距为d且足够长的M、N两金属板间加有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场,将一束带正电的离子流以速度v水平向右喷入M、N两板间,带正电的离子在洛伦兹力的作用下向某一极板偏转,由于静电感应在另一极板上感应出等量的负电荷。宏观上两板间产生电势差,可为阻值为R的电阻供电。已知每个离子的质量均为m,电荷量为,单位时间内沿垂直极板方向上单位长度喷射的正离子个数为n。M、N两板间距。忽略离子的重力及离子间的相互作用力。
(1)求该发电装置的电动势E;
(2)只闭合开关将外电路短路,求此时回路中的电流;
(3)只闭合开关,待电路中电流稳定后,若单位时间内打在极板上的离了数为N,试推导写出N与R的关系式。
(1)求该发电装置的电动势E;
(2)只闭合开关将外电路短路,求此时回路中的电流;
(3)只闭合开关,待电路中电流稳定后,若单位时间内打在极板上的离了数为N,试推导写出N与R的关系式。
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名校
【推荐2】磁流体发电技术是一种新型的高效发电方式,产生的环境污染少,图中表示出了它的发电原理。在两面积足够大的平行金属极板M、N之间有垂直纸面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场,将一束一价正离子流以速度沿垂直于的方向喷入磁场,在M、N两板间便产生电压。如果把M、N和用电器连接,M、N就是一个直流电源的两个电极,若M、N两板之间距离为d,元电荷电量为,定值电阻被短接时,闭合开关S电路中电流为。回答下列问题:
(1)判断直流电源的两个电极M、N的极性并计算发电机的内阻;
(2)当正确连接定值电阻R并闭合开关S后,求在t时间内打在极板上的离子。
(1)判断直流电源的两个电极M、N的极性并计算发电机的内阻;
(2)当正确连接定值电阻R并闭合开关S后,求在t时间内打在极板上的离子。
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适中
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名校
【推荐3】磁流体发电机可简化为如下模型:两块长、宽分别为a、b的平行金属板,彼此相距L,板间通入已电离的气流,两板间存在磁感应强度大小为B的匀强磁场,磁场方向与两板平行,并与气流垂直,如图所示,在磁场的作用下,气流中的正、负离子分别向两板移动形成电流,该气流的电阻率为,将两板分别与两根水平放置的光滑金属导轨、连接,电阻为R的金属棒垂直于导轨放置且接触良好,棒的中点用细绳经光滑定滑轮与质量为m的物体相连,导轨间的距离为d,导轨间存在竖直向下的大小为的匀强磁场,重力加速度为g,为使物体保持静止,则通入气流的速度v应为多大?(计算结果用题目中所给出的字母表示)
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