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磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用.图1是在平静海面上某实验船的示意图,磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道(简称通道)组成.如图2所示,通道尺寸a=2.0m、b=0.15m、c
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磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用.图1是在平静海面上某实验船的示意图,磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道(简称通道)组成.
如图2所示,通道尺寸a=2.0m、b=0.15m、c=0.10m.工作时,在通道内沿z轴正方向加B=8.0T的匀强磁场;沿x轴负方向加匀强电场,使两金属板间的电压U=99.6V;海水沿y轴方向流过通道.已知海水的电阻率ρ=0.20Ω•m.
(1)船静止时,求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向;
(2)船以vs=5.0m/s的速度匀速前进.若以船为参照物,海水以5.0m/s的速率涌入进水口,由于通道的截面积小于进水口的截面积,在通道内海水速率增加到vd=8.0m/s.求此时两金属板间的感应电动势U感;
(3)船行驶时,通道中海水两侧的电压按U′=U-U感计算,海水受到电磁力的80%可以转化为对船的推力.当船以vs=5.0m/s的速度匀速前进时,求海水推力的功率.
如图2所示,通道尺寸a=2.0m、b=0.15m、c=0.10m.工作时,在通道内沿z轴正方向加B=8.0T的匀强磁场;沿x轴负方向加匀强电场,使两金属板间的电压U=99.6V;海水沿y轴方向流过通道.已知海水的电阻率ρ=0.20Ω•m.
(1)船静止时,求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向;
(2)船以vs=5.0m/s的速度匀速前进.若以船为参照物,海水以5.0m/s的速率涌入进水口,由于通道的截面积小于进水口的截面积,在通道内海水速率增加到vd=8.0m/s.求此时两金属板间的感应电动势U感;
(3)船行驶时,通道中海水两侧的电压按U′=U-U感计算,海水受到电磁力的80%可以转化为对船的推力.当船以vs=5.0m/s的速度匀速前进时,求海水推力的功率.
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答案和解析
(1)根据安培力公式,推力F1=I1Bb,其中I1=UR,R=ρbac则F1=URBb=UacρB=796.8N对海水推力的方向沿y轴正方向(向右)电源接通瞬间推进器对海水推力的大小为796.8N,方向沿y轴正方向;(2)感应电动势:U感=BVdb...
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