I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ МАГНИТНОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА

• Авторы
• Файлы работы
• Наградные документы

Петрушин А.А. 1Альперович К.Д. 1

---

1ГБОУ Московская гимназия на Юго-Западе № 1543

Работа в формате PDF

454 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьника

Введение...............................................................................................................2

Теоретический обзор...........................................................................................3

Цели и задачи работы ………………………………………………………….4

Описание эксперимента......................................................................................5

Измеренные значения………………………………………………………….5

Заключение...........................................................................................................7

Список используемых источников....................................................................8

Введение

Краткое описание работы

Мы собрали магнитногидродинамический генератор с использованием подручных средств. В качестве электропроводящей среды мы решили использовать раствор соли (NaCl). Для этого мы растворили в 5 литрах воды 1,8 кг соли для получения насыщенного раствора. Далее мы провели ряд опытов по проливанию электролита через магнитное поле, созданное довольно сильными магнитами, и измерили напряжение на клеммах при разных концентрациях и скоростях потока.

Рис.1. Установка - магнитногидродинамический генератор

Теоретический обзор

1. История изобретения

В один из дней 1832 г. лондонцы, оказавшиеся на мосту Ватерлоо, были заинтересованы необычным зрелищем. Группа людей, среди которых можно было увидеть знаменитого физика Фарадея, занималась тем, что погружала в воду Темзы два медных листа, подключенных проводами к гальванометру.

Фарадей считал, что если воды реки, текущей с запада на восток, пересекают, хотя бы частично, магнитное поле Земли, то они подобны проводникам, пересекающим магнитное поле магнита. А в этом случае, как доказал сам Фарадей, в проводнике возникает электрический ток. Медные листы, между которыми текла вода Темзы, должны были соединить эти водяные проводники с гальванометром и передать на него возникающий ток. Однако, опыт не удался. Тем не менее, 1832 г., когда Фарадей задумал и обосновал этот опыт, с полным основанием можно считать годом рождения магнитогидродинамического генератора. Название этого генератора состоит из трех слов - магнит, гидро (вода) и динамика (движение) – и означает получение электричества при движении воды в магнитном поле.

Опыт Фарадея неудался прежде всего потому, что вода Темзы оказалась не таким уж хорошим проводником электричества, а также были использованы приборы с низкой чувствительностью. А разность потенциалов действительно существовала. И тогда же Уильям Томсон (лорд Кельвин) предложил использовать этот эффект для преобразования энергии движения морской воды во время приливов в электрическую энергию. Так были заложены идейные основы создания приливных ГЭС с большим КПД, чем в традиционных ТЭС. Метод, используемый в этих ЭС называют магнитогидродинамическим.

2. Устройство

Магнитогидродинамический генератор – энергетическая установка для преобразования кинетической энергии жидкой электропроводящей среды, движущейся в магнитном поле, в электрическую энергию. Оно основано на явлении электромагнитной индукции, т. е. возникновении тока в проводнике, пересекающем магнитные силовые линии. В качестве движущегося в магнитном поле проводника используется проводящая жидкость - электролиты или жидкие металлы.

МГД-генератор состоит из канала, по которому движется рабочее тело (в нашем случае электролит), системы магнитов для создания магнитного поля и электродов, отводящих полученную энергию.

3. Принцип работы

Поток заряженных частиц попадает в область магнитного поля перпендикулярно силовым линиям, на каждую заряженную частицу действовует сила Лоренца - сила действия электромагнитного поля на точечную заряженную частицу F = q(E + vB), где q-заряд частицы, v- её скорость, E-сила электрического поля (в нашем случае = 0), B-сила магнитного. Положительно заряженные частицы отклоняются в одну сторону, отрицательно заряженные – в противоположную. Если в нужных местах разместить два электрода, то на них будут скапливаться разноимённые заряды и возникнет ЭДС, то есть в проводнике, соединяющем электроды и пересекающем силовые линии магнитного поля, пойдёт электрический ток (проводником будет сам электролит). Получается источник электричества– МГД-генератор.

В случае с электролитом, его течение означает движение заряженных частиц. Если в области протекания электролита создать магнитное поле, вектор индукции которого перпендикулярен вектору скорости течения электролита, то под действием магнитного поля возникают противоположно направленные потоки ионов противоположных знаков. Эти потоки заряженных частиц вызывают появление электрических зарядов на соответствующих электродах, а если их соединить, то и электрический ток.

4. Цели нашей работы

Исследовать принцип работы МГД-генератора, понять от каких величин зависит напрежение на выходе и измерить его при различных значениях этих величин.

5. Задачи работы

• Собрать установку МГД-генератора.

• Снять показания напряжения при проливании электролита (NaCl) разной концентрации с разными скоростями.

• Измерить магнитное поле.

• Выяснить, отчего зависит измеряемая разность потенциалов.

Описание эксперимента

Мы собрали МГД-генератор из бутылки и трубки, выходящей из нее близко ко дну. На конце трубки мы закрепили электроды (два болта на расстоянии диаметра трубки друг от друга) и магниты перпендикулярно им. Подключили мультиметр к электродам и снимали показания напряжения при проливании электролита (NaCl) разной концентрации с разными скоростями.

Измерение скорости

Мы измеряли, за сколько секунд 5 литров раствора проливается через генератор, и нашли среднюю скорость течения в л/с (три различных скорости при различных разностях высот между уровнем жидкости в бутылке и концом трубки).

Определение концентрации

Изначально мы изготовили насыщенный раствор NaCl. Зная, что его максимальная растворимость в воде 35,9 гр/100мл (при комн температуре), мы посчитали, что для изготовления насыщенного раствора в 5-ти л воды нам потребуется 1795 г соли. После изготовления насыщенного раствора и проведения с ним всех нужных опытов мы получили раствор вдвое меньшей концентрации, растворив исходный водой в соотношении 1:1.

Измерение магнитного поля

Т.к. магнитное поле имеет большое значение в работе нашего МГД-генератора, мы решили измерить его силу.

Поскольку, при поднесении на нужное нам расстояние (диаметр трубки), прибор уже не мог измерить силу магнита, мы взяли показания при разных возможных расстояниях и составили по этим значениям график в Еxel.

Измеренные значения

Таблица измеренных нами значений

График

С помощью Exel мы определили вид графика и узнали формулу, наиболее точно описывающую его ( y = 5948,8x^-2,704). Далее, подставили нужное расстояние между магнитами в x (2,2 см) и, умножив на 2 (т.к. магнитов 2), мы нашли напряжение между двумя магнитами и перевели в Тесла (1мВ = 30мТ). Получили, что B магнитного поля = 42332мТ.

Таблица результатов

Заключение

1. В МГД-генераторе выдаваемое напряжение зависит от:

1. Скорости протекания проводящей жидкости

2. Концентрации йонов в растворе

3. Силы магнитного поля

4. Диаметра трубки (расстояния между электродами)

2. При понижении концентрации в X раз, напряжение падает примерно во столько же раз.

3. При уменьшении скорости протекания электролита в Y раз, во столько же раз уменьшается измеряемая разность потенциалов.

Список используемых источников

1) МГД-генератор. Сайт «Физика машин» http://www.naukadv.ru/pribory/mgd-generator.html

2) Энергетические возможности МГД эффекта. Сайт «Живая наука» http://livescience.ru/article_69/

3) Магнитогидродинамический генератор. Сайт «Википедия» https://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%E0%E3%ED%E8%F2%EE%E3%E8%E4%F0%EE%E4%E8%ED%E0%EC%E8%F7%E5%F1%EA%E8%E9_%E3%E5%ED%E5%F0%E0%F2%EE%F0#.D0.9F.D1.80.D0.BE.D0.B8.D1.81.D1.85.D0.BE.D0.B6.D0.B4.D0.B5.D0.BD.D0.B8.D0.B5_.D0.BD.D0.B0.D0.B7.D0.B2.D0.B0.D0.BD.D0.B8.D1.8F

4) Магнитогидродинамический генератор. Сайт «Академик», http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/1588/%D0%9C%D0%90%D0%93%D0%9D%D0%98%D0%A2%D0%9E%D0%93%D0%98%D0%94%D0%A0%D0%9E%D0%94%D0%98%D0%9D%D0%90%D0%9C%D0%98%D0%A7%D0%95%D0%A1%D0%9A%D0%98%D0%99

5) Хлорид натрия https://ru.wikipedia.org/wiki/%D5%EB%EE%F0%E8%E4_%ED%E0%F2%F0%E8%FF