电磁流动演示实验设计，本文主要内容关键词为：电磁论文,演示论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
让液体流动起来，通常是利用加压的方式，如水泵抽水。但如果液体中有离子，离子在电磁场作用下定向移动，从而引起液体的流动，这种方式称为电磁流动，或电磁泵。本文设计了电磁流动的演示仪，将不易观察到的带电粒子在电磁场中受力运动情况清晰展现出来。
一、实验原理
如图1，带电粒子在电场力作用下定向移动，若在电场中还有一磁场，则正负粒子除了受电场力以外，还要受到洛伦兹力的作用，由左手定则，正负粒子所受洛伦兹力的方向相同，如图1所示。这样，液体中的正负粒子在电磁场作用下除了向两电波运动外，还会向左运动，带动溶液向左流动，从而形成液体的电磁流动。
图1
二、实验装置
实验装置分为电磁泵和流通管道两部分，两部分连接在一起，形成液体流动的通道。
1.电磁泵部分
电磁泵部分如下页图2所示，它是实验仪的动力源，提供外加电场和磁场。由塑料盒、磁体和两片铜板电极组成，一段长8 cm、宽6cm、厚0.8cm的方形硬塑料盒构成液体通路，塑料盒上、下各放一块方形强磁铁，用以产生磁场。塑料盒内部0.8cm厚的两侧面，用钻各打一个孔，然后用PVC胶水粘合上两个接线柱，接线柱内连铜板电极，外部接学生直流电源，产生电场。方形塑料盒与流通管道中的塑料软管相连。
2.流通管道部分
流通管道选用直径为20mm的有机玻璃管和塑料软管、直径20mm的三通、直径20mm的弯头组成。用以观察导电溶液流动情况的有机玻璃管长40cm，两侧的管长20cm。竖直向上的有机玻璃管是用以向流通管道灌注导电溶液的注入管，用直径20mm的三通与主管道相衔接（如图3所示）。
二、实验演示
在自来水中加入食盐配成饱和溶液，将食盐饱和溶液从注入管中注入流通管道中。注入时，可将管道稍倾斜，缓慢注入溶液，以使管道中无空气泡。打开学生电源，将直流电压打到5V，开始一段时间，几乎不能观察到溶液的流动。测量电路中电流仅为0.04A，但过了十几分钟，观察到食盐溶液中发生了变化，溶液中出现白色絮状物，电磁泵处的电流增为0.7A，这时就能很清晰地观察到食盐溶液在流动。再过十几分钟过后溶液中的絮状物颜色也发生变化，变成橙色絮状，流速也逐渐加大。装置变为如图4所示。
图4
测量长为40mm的透明管中溶液在不同电压U下运动的时间t，计算出溶液流动的速度，记录如表1：
表1
四、实验说明
(1)液体流动的速度随所加电压的增大而增大，当电压为10V时，液体流速可达6cm/s～7cm/s。
(2)在电磁泵部分，会观察到湍流现象，这是由于在电磁泵处粒子受到电场力作用，正负粒子分别向两极定向运动的结果。
(3)改用分析纯氯化钠饱和溶液代替食盐溶液发现，当接通电源时电压仍为5 V时，电流表的示数为1 A，明显比食盐溶液的初始电流大，而且接通电源的瞬间就能观察到液体流动，产生絮状物的时间也比食盐溶液快得多。在相同电压下，测得的流速要比食盐溶液大。据此推断分析纯氯化钠溶液比食盐的电离度大、导电性能好。
五、小结
实验首先采用的是无色无闻的食盐溶液，但通电一段时间后，在溶液中产生了絮状物，便于观察液体的流动。絮状物产生的原因，我们猜测可能是由于食盐中含有少量碘酸钾，絮状物是由碘所致，于是选择了分析纯的化学材料氯化钠做溶质。然而，当用分析纯氯化钠溶液做实验时，絮状物的出现更多、更快。随着时间增大，两种溶液的絮状物从淡白色逐渐变为深橙色。可能是由于自来水中含有氯气或二氧化氯等消毒药品，这些物质与食盐发生化学反应。在电极通电时，还有电解水发生，所以在电极附近会出现少量气泡。
本实验装置设计简单，取材方便，容易操作。可演示在电磁作用下粒子受力运动情况，能让学生清晰地观察粒子在电磁场中受力，加深学生对电磁流动的理解。