吳文明

(溧水高級中學 江蘇 南京 211200)

1 磁流體發(fā)電機模型及其原理

磁流體發(fā)電，是將帶電的流體(離子氣體或液體)以極高的速度噴射到磁場中去，利用磁場對帶電的流體產(chǎn)生的作用，從而發(fā)出電來．最簡單的開式磁流體發(fā)電機由燃燒室、發(fā)電通道和磁體組成，如圖1所示．工作過程是在化石燃料燃燒后產(chǎn)生的高溫氣體中，加入易電離的鉀鹽或鈉鹽，使部分氣體電離后，經(jīng)噴管加速產(chǎn)生高達3 000℃，速度達到1 000 m/s的高溫高速導電氣體，最后產(chǎn)生電流．

圖1 磁流體發(fā)電機模型

磁流體發(fā)電中的帶電流體，它們是通過加熱燃料、惰性氣體、堿金屬蒸氣而得到的．在幾千攝氏度的高溫下，這些物質中的原子和電子的運動都很劇烈，有些電子甚至可以脫離原子核的束縛，發(fā)生電離，結果，這些物質變成自由電子、失去電子的離子以及原子核的混合物，這就是等離子體，等離子體整體不顯電性．將等離子體以超音速的速度噴射到一個加有強磁場的管道里面，等離子體中帶有正、負電荷的高速粒子，在磁場中受到洛倫茲力的作用，分別向兩極板偏移，于是正負電荷累積在兩極板上并在兩極之間產(chǎn)生電壓，用導線將電壓接入電路中就可以使用了．

2 電動勢的計算

圖2 磁流體發(fā)電機等效圖

需要指出的是，在中學階段，有很多教師和學生有一種錯誤的理解，認為以上推導得到的U是路端電壓，不是發(fā)電機的電動勢．這種錯誤的根源在于錯誤理解了磁流體發(fā)電機的原理．當外電路接通時，由于極板上電荷的流動，電荷所受的電場力與洛倫茲力不再平衡而繼續(xù)偏轉到極板上，從而使電量、電壓穩(wěn)定，所以，此時不可再根據(jù)二力平衡列出方程．

3 非靜電力的來源

磁流體發(fā)電機可以看成一個電源，那么是什么力充當電源內的非靜電力呢？當外電路閉合時,形成電流,達到穩(wěn)定動態(tài)平衡時,板間的正負離子分別受到洛倫磁力、電場力及內阻對電流的阻礙作用，其中電場力和內阻的阻礙都是阻力，使電荷偏轉的是洛倫茲力，但是洛倫茲力并不做功，因此在中學階段就很難理解這個問題．在這里我們需要分清兩個問題.

(1)起移動電荷作用即充當“非靜電力”的是洛倫茲力；

(2)其中的能量轉化：由于燃燒，形成高速離子流．這是化學能轉化為動能．然后在磁場作用下發(fā)生偏轉．這里洛倫茲力不做功．由于極板之間有電場，高速離子流在偏轉到達極板過程中克服電場力做功，動能轉化為電勢能．

綜上，所謂的“非靜電力”是洛倫茲力，但是它并不做功，只起轉移電荷的作用．

當然，在這個問題上還有另外一種理解，即非靜電力是慣性力，這種理解也是可以的．但是對于中學來說，由于沒有慣性力的概念，所以不宜這樣解釋．

4 發(fā)電機的最大功率