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电磁铁

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电磁铁电磁铁
  通电产生电磁的一种装置。在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组,这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性,它也叫做电磁铁(electromagnet)。我们通常把它制成条形或蹄形状,以使铁芯更加容易磁化。另外,为了使电磁铁断电立即消磁,我们往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做。这样的电磁铁在通电时有磁性,断电后磁就随之消失。电磁铁在我们的日常生活中有着极其广泛的应用,由于它的发明也使发电机的功率得到了很大的提高。

  当在通电螺线管内部插入铁芯后,铁芯被通电螺线管的磁场磁化。磁化后的铁芯也变成了一个磁体,这样由于两个磁场互相叠加,从而使螺线管的磁性大大增强。为了使电磁铁的磁性更强,通常将铁芯制成蹄形。但要注意蹄形铁芯上线圈的绕向相反,一边顺时针,另一边必须逆时针。如果绕向相同,两线圈对铁芯的磁化作用将相互抵消,使铁芯不显磁性。另外,电磁铁的铁芯用软铁制做,而不能用钢制做。否则钢一旦被磁化后,将长期保持磁性而不能退磁,则其磁性的强弱就不能用电流的大小来控制,而失去电磁铁应有的优点。

  分类

  一、 按电流分

  1.交流电磁铁

  2.直流电磁铁

  二、按用途分

  1.牵引电磁铁

  2.框架式电磁铁

  3.自保持电磁铁

  4.吸盘电磁铁

  5.管状式电磁铁

  电磁铁有许多优点:电磁铁磁性的有无可以用通、断电流控制;磁性的大小可以用电流的强弱或线圈的匝数来控制;也可改变电阻控制电流大小来控制磁性大小;它的磁极可以由改变电流的方向来控制,等等。即:磁性的强弱可以改变、磁性的有无可以控制、磁极的方向可以改变,磁性可因电流的消失而消失。

  电磁铁是电流磁效应(电生磁)的一个应用,与生活联系紧密,如电磁继电器、电磁起重机、磁悬浮列车、电磁流量计等。

  电磁铁可以分为直流电磁铁和交流电磁铁两大类型。如果按照用途来划分电磁铁,主要可分成以下五种:(1)牵引电磁铁──主要用来牵引机械装置、开启或关闭各种阀门,以执行自动控制任务。(2)起重电磁铁──用作起重装置来吊运钢锭、钢材、铁砂等铁磁性材料。(3)制动电磁铁──主要用于对电动机进行制动以达到准确停车的目的。(4)自动电器的电磁系统──如电磁继电器和接触器的电磁系统、自动开关的电磁脱扣器及操作电磁铁等。(5)其他用途的电磁铁──如磨床的电磁吸盘以及电磁振动器等。

  1822年,法国物理学家阿拉戈和吕萨克发现,当电流通过其中有铁块的绕线时,它能使绕线中的铁块磁化。这实际上是电磁铁原理的最初发现。1823年,斯特金也做了一次类似的实验:他在一根并非是磁铁棒的U型铁棒上绕了18圈铜裸线,当铜线与伏打电池接通时,绕在U型铁棒上的铜线圈即产生了密集的磁场,这样就使U型铁棒变成了一块“电磁铁”。这种电磁铁上的磁能要比永磁能大放多倍,它能吸起比它重20倍的铁块,而当电源切断后,U型铁棒就什么铁块也吸不住,重新成为一根普通的铁棒。

  斯特金的电磁铁发明,使人们看到了把电能转化为磁能的光明前景,这一发明很快在英国、美国以及西欧一些沿海国家传播开来。

  1829年,美国电学家亨利对斯特金电磁铁装置进行了一些革新,临朐昌盛磁电绝缘导线代替裸铜导线,因此不必担心被铜导线过分靠近而短路。由于导线有了绝缘层,就可以将它们一圈圈地紧紧地绕在一起,由于线圈越密集,产生的磁场就越强,这样就大大提高了把电能转化为磁能的能力。到了1831年,亨利试制出了一块更新的电磁铁,虽然它的体积并不大,但它能吸起1吨重的铁块。

  电磁铁的磁场方向可以用安培定则来判断。

  安培定则是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则,也叫右手螺旋定则。

  (1)通电直导线中的安培定则(安培定则一):用右手握住通电直导线,让大拇指指向电流方向,四指指向通电直导线周围磁力线方向。

  (2)通电螺线管中的安培定则(安培定则二):用右手握住通电螺线管,使四指弯曲与电流方向一致,那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极

  性质

  直线电流的安培定则对一小段直线电流也适用。环形电流可看成许多小段直线电流组成,对每一小段直线电流用直线电流的安培定则判定出环形电流中心轴线上磁感强度的方向。叠加起来就得到环形电流中心轴线上磁感线的方向。直线电流的安培定则是基本的,环形电流的安培定则可由直线电流的安培定则导出直线电流的安培定则对电荷作直线运动产生的磁场也适用,这时电流方向与正电荷运动方向相同,与负电荷运动方向相反。

  历史

  在奥斯特电流磁效应实验及其他一系列实验的启发下 ,安培认识到磁现象的本质是电流 ,把涉及电流 、磁体的各种相互作用归结为电流之间的相互作用,提出了寻找电流元相互作用规律的基本问题。为了克服孤立电流元无法直接测量的困难 ,安培精心设计了4个示零实验并伴以缜密的理论分析,得出了结果。但由于安培对电磁作用持超距作用观念,曾在理论分析中强加了两电流元之间作用力沿连线的假设,期望遵守牛顿第三定律,使结论有误。上述公式是抛弃错误的作用力沿连线的假设,经修正后的结果。应按近距作用观点理解为,电流元产生磁场,磁场对其中的另一电流元施以作用力。

  意义

  安培定律与库仑定律相当,是磁作用的基本实验定律 ,临朐昌盛磁电它决定了磁场的性质,提供了计算电流相互作用的途径。

  安培力公式

  电流元I1dι 对相距γ12的另一电流元I2dι 的作用力df12为:

  μ0 I1I2dι2 × (dι1 × γ12)

  df12 = ── ───────────

  4π γ123

  式中dι1.dι2的方向都是电流的方向;γ12是从I1dι 指向I2dι 的径矢。安培定律可分为两部分。其一是电流元Idι(即上述I1dι )在γ(即上述γ12)处产生的磁场为

  μ0 Idι × γ

  dB = ── ─────

  4π γ3

  这是毕萨拉定律。其二是电流元Idl(即上述I2dι2)在磁场B中受到的作用力df(即上述df12)为:

  df = Idι × B

  简易的自制电磁铁:

  1.需要漆包线、铁钉来作其本体;电池或电源供应器供以电流。

  2.注意事项:

  要刮除漆包线末端的漆,或用火烧。

  要以相同的方向缠绕漆包线。

  要在漆包线的末端打结绑紧。

  电流的磁效应

  1.圆形线圈通往电流形成的磁场

  (1)线圈中心处的磁场方向可将线圈上某一小段导线视为直线,由安培右手定则判定之。

  (2)通有电流的圆形线圈上每一小段电流所产生的磁场,在线圈内都指向同一方向,故线圈内的磁场较直导线电流产生的磁场强度大。

  (3)圆形导线通入电流时,线圈外的磁场因各小段电流产生磁场的方向不一致, 因此产生的合成磁场较圈内磁场弱。

  (4)圆形线圈的电流愈大,半径愈小,临朐昌盛磁电则线圈中心处的磁场强度即愈大。

  (5)圆形线圈和圆盘形薄磁铁的磁力线形状相似。

  2.螺线形线圈电流的磁场

  (1)用一条长导线绕成螺线形的长线圈,相当於由很多个圆形线圈所串联而成,每一圆形导线在中心处所建立的磁场均为同向,可以增强效应,故线圈中心处的磁场较单匝圆形线圈为强。

  (2)线圈内部磁力线形成方向相同的直线,在线圈约两端磁力线则渐弯曲向外。

  (3)螺线形线圈的磁力线特性与棒形磁铁的磁力线相似,线圈内的磁力线与线圈外方向恰相反。

  (4)线圈内磁场的强度与线圈上的电流及单位长度内线圈的圈数成正比。3.螺线形线圈电流内磁场方向的右手螺旋定则(安培定则):以右手掌握住线圈,四指指向电流方向,大拇指所指的方向即为线圈内磁力线方向。

  电磁铁:利用电流的磁效应,使软铁具有磁性的装置。

  (1)将软铁棒插入一螺线形线圈内部,则当线圈通有电流时,线圈内部的磁场使软铁棒磁化成暂时磁铁,但

  电流切断时,则线圈及软铁棒的磁性随着消失。

  (2)软铁棒磁化后所生成的磁场,加上原有线圈内的磁场,使得总磁场强度大为增强,故电磁铁的磁力大於

  天然磁铁。

  (3)螺线形线圈的电流愈大,线圈圈数愈多,电磁铁的磁场愈强。

电磁铁的应用

  (1)起重机:为工业用的强力电磁铁,通上大电流,可用以吊运钢板、货柜、废铁等。

  (2)电话:下一节介绍。

  (3)安培计、伏特计、检流计

  (4)电铃等等。

  内部带有铁芯的通电螺线管叫电磁铁。当在通电螺线管内部插入铁芯后,铁芯被通电螺线管的磁场磁化。磁化后的铁芯也变成了一个磁体,这样由于两个磁场互相叠加,从而使螺线管的磁性大大增强。为了使电磁铁的磁性更强,通常将铁芯制成蹄形。但要注意蹄形铁芯上线圈的绕向相反,一边顺时针,另一边必须逆时针。如果绕向相同,两线圈对铁芯的磁化作用将相互抵消,使铁芯不显磁性。另外,电磁铁的铁芯用软铁制做,而不能用钢制做。否则钢一旦被磁化后,将长期保持磁性而不能退磁,则其磁性的强弱就不能用电流的大小来控制,而失去电磁铁应有的优点。

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创建人:jixiang

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最近更新:2011年12月30日

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