【摘 要】霍爾元件、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)有著非常相似的工作原理，最終的動(dòng)態(tài)平衡都是洛倫茲力等于電場(chǎng)力，學(xué)生容易混淆。針對(duì)此問題，對(duì)霍爾元件、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)進(jìn)行對(duì)比分析，讓學(xué)生更具體掌握這三種電子儀器的異同。

　　一、霍爾元件

　　如圖1 所示，一塊高為h、寬為d、長(zhǎng)為a的金屬片，存在外加磁場(chǎng)B作用下，當(dāng)有電流流過時(shí)，在金屬片上下表面形成電壓，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，此電壓稱為霍爾電壓。
　　推導(dǎo)霍爾電壓可以用到以下幾個(gè)技巧。
　　（1）畫出平面圖，畫圖時(shí)眼睛順著磁場(chǎng)的方向，如圖2。
　?。?）金屬片中的電流是由于電子的定向移動(dòng)而形成的。
　?。?）與電流垂直的橫截面積為hd。
　　運(yùn)動(dòng)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(xiàn)了正電荷。這樣，在兩表面間就形成了一個(gè)電場(chǎng)，因此運(yùn)動(dòng)電子在受到洛倫茲力的同時(shí)，又受到電場(chǎng)力的作用，最后當(dāng)這兩力大小相等時(shí)，電子的積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)金屬片兩側(cè)上下表面之間建立的電場(chǎng)稱為霍爾電場(chǎng)，相應(yīng)的電壓稱為霍爾電壓。
　　推導(dǎo)霍爾電壓的過程：
　　
 　　二、磁流體發(fā)電機(jī)

　　磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖如圖3所示，它由燃燒室（O）、發(fā)電通道（E）和偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(fù)離子（即等離子體），并以幾百米的高速奔入磁場(chǎng)，在洛倫茲力的作用下，正、負(fù)離子分別向向上、下極板偏轉(zhuǎn)，兩級(jí)板因聚集正、負(fù)電荷而產(chǎn)生向下的電場(chǎng)。這時(shí)，等離子體受到方向相反的洛倫茲力和電場(chǎng)力的作用。當(dāng)場(chǎng)力小于洛倫茲力時(shí)，離子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，兩極板間的電勢(shì)差隨之增大，直到電場(chǎng)力等于洛倫茲力（即達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡），離子勻速通過磁場(chǎng)，兩極板的電勢(shì)差達(dá)到最大值。
　　分別從微觀和宏觀兩個(gè)方面推導(dǎo)電源電動(dòng)勢(shì)：
　　在微觀方面可以把離子的運(yùn)動(dòng)看成微觀粒子的運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)設(shè)極板的長(zhǎng)為a，寬為b，兩極板的間距為d，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)即。
　　在宏觀方面可以把離子的運(yùn)動(dòng)看成長(zhǎng)為d導(dǎo)體棒以速度v切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Bdv為即為磁流體發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)。
　　當(dāng)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(nèi)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(jì)

　　電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測(cè)量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的流量（在單位時(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）。電磁流量計(jì)的示意圖如圖5所示，它由導(dǎo)電液體的輸送管道、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和流量傳感器組成。現(xiàn)設(shè)管道的內(nèi)徑為、長(zhǎng)度為L(zhǎng)，導(dǎo)電液體的電阻率為。管道中的導(dǎo)電液體有流動(dòng)的正負(fù)離子，運(yùn)動(dòng)中它們都將受到洛倫茲力的作用，向管壁的左右兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，因此管壁兩側(cè)會(huì)形成電場(chǎng)，便出現(xiàn)了電動(dòng)勢(shì)，隨著兩側(cè)電荷的積累，最終后續(xù)的離子達(dá)到洛倫茲力等于電場(chǎng)力，正負(fù)離子不再往左右移動(dòng)，管壁上的正負(fù)電荷不再增加。此時(shí)有，得即為管道兩側(cè)的電動(dòng)勢(shì)。再根據(jù)流量計(jì)的定義，可得。若在管外左右兩表面分別于一串聯(lián)了電阻R的電流表的兩端相連，并測(cè)得電流為I，則有，其中為導(dǎo)電液體的電阻。因此。
　　四、三種電子儀器的比較