●磁场对运动的导电流体的作用（磁阀原理）

在研究了磁场对通电液体的作用后，现在分析磁场对运动的导电流体的作用。

设导电的液体（如水银）在直长管道中以速度 v0 流动。管道的左右两个面的宽度为 b（图 2-3），它们用绝缘材料制成；在垂直于左右侧面的方向上有宽度为 l 的匀强磁场 B。

当导电液体在管道中以速度 v 流动时，相当于长度为 b 的导体以速度v 垂直切割磁力线；根据右手定则可以判断，流动的液体产生的感应电动势，在下底面处电势高，上底面处电势低；电势差，也即感应电动势的大小由法拉第电磁感应定律决定：

ε=Bbv。

如果在管道的外边用电阻很小的导线把上下底面连接起来，从而形成电流通路的话，则导电液体中便会有自上而下的电流通过。

设导电液体的电阻率为 p，在磁场范围内，导电液体中自上而下的电

流的横截面积为al ，长度为b，电阻为R = p b ，不计管道外的连接导线

al

的电阻，则自上而下通过导电液体的电流强度为：

i = ε

= Bbu = Balv

R ρ b ρ

al

当导电液体中有电流自上而下通过时，磁场对电流（实际上是导电液体）就有作用力，根据左手定则，磁场力的方向与液体原来的流动方向（即v0 的方向）相反，作用力的大小为：

F = Bib = B(

Balv

ρ

)b =

B2ablv

ρ

这个磁场力形成与 v0 方向相反的压强为：

p = F =

ab

B2lv

ρ

设形成流速 v0 的压强为 p0，则流速为 v 时，流体上的压强为 P0—p，

（p 的方向与 p0 的方向相反）。由于流体的流速与流体上的压强成正比， 所以在有磁场存在时，流体的流动速度将会发生变化：

v p − p B2lv

由上式可得：

= 0 = 1 −

v0 p 0

p0 ρ

B2lv

经移项交换，可得：

v = (1 −

p ρ )v 0

v = v0

B2lv

(1− 0 ) −1

p0ρ

此式表明，用调节磁场磁感应强度 B 的大小可以实现控制流速的目的。根据上述原理可以制成一种“磁阀”。

我们把“电磁泵”与“磁阀”的研究方法与结果比较一下。

在研究“电磁泵”时，我们通过微观分析的方法，得到磁场对导电流体的驱动力 F=BIa。请读者参阅图 2-1，这个结论是否可以直接应用安培力公式的概念而获得呢？显然，从图中可以看出，所谓“电磁泵”的驱动力， 从宏观上看，也可看作是处在磁场 B 中长度为 a 的一段通过电流强度为 I 的导体所受的磁场力。

在研究“磁阀”原理时，我们直接应用宏观的观点，参考图 2-3，根据法拉第电磁感应定律，直接得到管道上、下底面间的电势差ε=Bbv。显然，这个电势差，我们也可以应用微观的分析方法求得：正负离子在磁场中向同一方向运动，所受磁场力方向相反，正负离子分别在下底面与上底面聚集，从而形成自下而上的电场。

可见，宏观的方法与微观的方法，它们的研究对象不同，应用的物理规律也不同，但所得的结论肯定是相同的。从不同的角度、不同的观点分析同一个问题，可能选择不同的研究对象；不同的研究对象，在同一个物理过程中所遵循的物理规律也不相同，这就形成了通常所说的不同的解题方法。