如图所示,横截面为矩形的管道中,充满了水银,管道的上下两壁为绝缘板,左右两壁为导体板,(图中斜线部分),两导体板被一无电阻的导线短接.管道的高度为a,宽度为b,长度为c.
问题描述:
如图所示,横截面为矩形的管道中,充满了水银,管道的上下两壁为绝缘板,左右两壁为导体板,(图中斜线部分),两导体板被一无电阻的导线短接.管道的高度为a,宽度为b,长度为c.加在管道两端截面上的压强差恒为p,水银以速度v沿管道方向流动时,水银受到管道的阻力f与速度成正比,即f=kv(k为已知量).求:
(1)水银的稳定速度v1为多大?
(2)如果将管道置于一匀强磁场中,磁场与绝缘壁垂直,磁感应强度的大小为B,方向向上,此时水银的稳定流速v2又是多大?(已知水银的电阻率为ρ,磁场只存在于管道所在的区域,不考虑管道两端之外的水银对电路的影响)
答
(1)水银匀速运动时达到稳定状态,压力与阻力二力平衡,则有
pab=kv1,
解得,水银稳定速度 v1=
pab k
(2)将管道置于一匀强磁场中,水银切割磁感线产生的感应电动势为 E=Bbv2
回路中电阻为 R=ρ
b ac
由欧姆定律得感应电流为I=
=E R
=Bbv2
ρ
b ac
Bacv2
ρ
由平衡条件可得 p•ab=BIb+kv2
所以 v2=
p•abρ kρ+B2abc
答:(1)水银的稳定速度v1为
.pab k
(2)将管道置于一匀强磁场中,水银的稳定流速v2是
.pabρ kρ+B2abc