高中物理：安培力在电磁泵中的应用

磁流体动力泵简称电磁泵是利用安培力做动力，来传输导电液体（如液态金属、血液等）的装置，此装置不需要动力组件，关于此装置的考题，分析思路是：先分析导电液体所受安培力，再分析此安培力产生的附加压强，正是此附加压强推动导电液体流动或象水泵一样把导电液体抽到高处。

如图所示是磁流体动力泵的示意图，已知磁流体动力泵是高为h的矩形槽，左右相对的两壁是导电的，它们之间的距离为l，两导电壁加上电势差为U的电场，垂直于纸面的前后两非导电壁间加上磁感应强度为B的匀强磁场，如图所示槽的下端与水银面接触，上部与竖直的非导电管相连，已知水银的电阻率为r，水银的密度为

，重力加速度为g，求：

（1）水银能上升的条件；

（2）在第一问的条件下，求水银在非导电管中上升的高度（以上各量都是国际制单位）；

（3）若用此装置测量磁感应强度的大小，如何提高测量精确度？

解析：（1）两导电壁间加上电势差时，水银中有电流通过，磁场对导电水银产生向上的安培力作用，若安培力足够大，当安培力大于水银所受重力时水银就可以上升，设导电板宽为d，水银上升x，则导电水银的电阻为

，所受重力为

，通过水银的电流为

，要上升则

，即上升条件是

。

（2）导电水银在电磁泵中上升时，电阻减小电流增大，安培力增大，水银首先充满整个电磁泵，由于导电水银所受安培力作用则水银继续在上部的非导电管中上升，设又上升H，则电磁泵中水银的电阻

，通过的电流

，所受安培力在竖直方向上产生的附加压强

，故非导电管中支持的水银柱有

，解得

。

（3）用此装置测量磁感应强度，是利用该装置中导电液体在非导电管中上升的高度与磁感应强度成正比的原理，所以要提高测量的精确度，就是在相同的磁感应强度的情况下，使导电液体上升的高度增加，所以由

可知，增加所加的电压U、增加电磁泵导电壁的高度h，或减小导电液体的密度

和电阻率r，以及减小电磁泵两导电壁间的距离l都可以提高测量的精确度。