肖永強(qiáng) 徐興花

摘要:介紹一種磁流體發(fā)電機(jī)模型的制作流程及實(shí)驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞:磁流體發(fā)電機(jī);模型;制作實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-6148(2009)11(S)-0056-3

1 實(shí)驗(yàn)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(chǎng)中去,利用磁場(chǎng)對(duì)帶電的流體產(chǎn)生的作用,從而發(fā)出電來。高中新課程教材《選修3-1》和各類教輔資料均有介紹。本教具以飽和NaNO₃溶液為流體以一定的流速進(jìn)入強(qiáng)磁場(chǎng),利用電荷在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)至兩金屬銅極,發(fā)出電來,從而彌

補(bǔ)高中物理演示實(shí)驗(yàn)教具的空白。

2 實(shí)驗(yàn)器材

釹鐵硼強(qiáng)磁鐵、金屬銅片、透明有機(jī)玻璃、飽和NaNO₃溶液、微安表或數(shù)字式萬用表、玻璃管、橡皮塞、導(dǎo)線、洗瓶。

3 制作流程

(1)利用有機(jī)玻璃的透明性制作磁流體發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),電解質(zhì)溶液槽1個(gè)、回收槽2個(gè),制作過程中需用三氯甲烷(氯仿)進(jìn)行粘合,如圖1所示;

(2)選取8.5cm×1.0cm×0.5cm金屬銅條兩片,在一端由導(dǎo)線引出兩極,方便連接微安表或數(shù)字式萬用表,如圖2所示;

(3)淘寶網(wǎng)購(gòu)置釹鐵硼強(qiáng)磁鐵兩塊,尺寸為8.0cm×6.3cm×1.0cm;

(4)制作用于隔離兩磁鐵和安插銅條的機(jī)盒,長(zhǎng)與寬由磁鐵決定,厚度由銅條寬度決定,如圖3所示;

(5)配制飽和NaNO₃溶液以替代高溫高壓等離子體。

4 操作步驟

(1)按照制作流程中所制器材安裝實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?安裝后裝置如圖4所示;

(2) 微安表的兩極或數(shù)字式萬用表的兩個(gè)表筆與兩銅條接線柱相連接,并將數(shù)字式萬用表打至毫安檔或微安檔;

(3)將已配制的飽和NaNO₃溶液倒入電解質(zhì)溶液槽中,打開閥門,通過玻管經(jīng)兩銅條流入回收槽;

(4)通過回收槽交替?zhèn)鲃?dòng),使飽和NaNO₃溶液得以持續(xù)流動(dòng);

(5)觀察微安表或數(shù)字式萬用表的示數(shù)變化情況;

(6)拆卸實(shí)驗(yàn)裝置,清洗擦干。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,銅條兩端所測(cè)電壓最大值可達(dá)60mV,微安表示數(shù)最大值可達(dá)50μA,并實(shí)驗(yàn)可重復(fù)操作。

6 模型優(yōu)點(diǎn)

(1)本實(shí)驗(yàn)裝置均屬原創(chuàng):更重要的是彌補(bǔ)高中物理演示實(shí)驗(yàn)教具的空白;

(2)實(shí)驗(yàn)選材簡(jiǎn)單、環(huán)保:選取的實(shí)驗(yàn)材料均屬常見材料,制作簡(jiǎn)單,環(huán)保;

(3)實(shí)驗(yàn)操作安全可重復(fù):操作過程中不存在安全隱患,符合演示實(shí)驗(yàn)的安全性原則,并且實(shí)驗(yàn)可以重復(fù)操作;

(4)實(shí)驗(yàn)可視程度高且廣:由于本教具采用透明的有玻璃制作,視角大且可視程度高,消除了學(xué)生頭腦中對(duì)磁流體發(fā)機(jī)的神秘感,使實(shí)驗(yàn)教具做到平民化;

(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)果明顯、可靠:測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,銅條兩端所測(cè)電壓最大值可達(dá)60mV,微安表示數(shù)最大值可達(dá)50μA,并且每次實(shí)驗(yàn)均能成功;

(6)可以由學(xué)生獨(dú)立操作:本實(shí)驗(yàn)另一個(gè)亮點(diǎn)便是學(xué)生可以獨(dú)立自主操作,實(shí)現(xiàn)學(xué)生D.I.Y.。

7 幾點(diǎn)釋疑

(1)質(zhì)疑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性?

在電解質(zhì)溶液自身流動(dòng)過程中,可能形成微電流,本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可能存在失真現(xiàn)象。筆者通過數(shù)字式萬用表表筆探測(cè)了電解質(zhì)流體可能形成的微電流數(shù)據(jù),將萬用表選擇微安檔時(shí),顯示屏有示數(shù)跳動(dòng),但從未超過1μA,且與直接打至數(shù)字式萬用表微安檔顯示相同,說明此時(shí)的兩組數(shù)據(jù)均為不可靠數(shù)據(jù),而磁流體實(shí)驗(yàn)中,最大值可達(dá)50μA,即實(shí)驗(yàn)結(jié)果明顯可靠。

(2)實(shí)驗(yàn)中的流體為何選用飽和NaNO₃溶液而非飽和NaCl溶液?

實(shí)驗(yàn)中之所以選用飽和NaNO₃溶液為流體,是為了防止在使用飽和NaCl溶液為流體過程中因銅條接線處材料質(zhì)地不同而引起電解反應(yīng),實(shí)驗(yàn)過程產(chǎn)生氯氣,污染環(huán)境,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的環(huán)保性。

(3)為何利用回收槽人工傳接電解質(zhì)溶液?

本實(shí)驗(yàn)在原先操作過程中,還設(shè)有水泵將流體形成自動(dòng)環(huán)流裝置,但在教學(xué)演示過程中出現(xiàn)了兩個(gè)問題:一是水泵帶動(dòng)需要電源,有學(xué)生懷疑檢測(cè)電表的示數(shù)可能是電源造成的;二是溶液形成環(huán)流會(huì)給學(xué)生造成“永動(dòng)機(jī)”可能的假象,使教學(xué)重點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)移,不利課堂教學(xué)。為此,利用兩回收槽交替?zhèn)鲃?dòng),使教學(xué)重點(diǎn)突出,實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)保持原生態(tài)。

參考文獻(xiàn):

[1]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理》必修.北京:人民教育出版社

(欄目編輯王柏廬)