电磁铁

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电磁铁是一个带有铁芯的螺线管。它内部带有铁心的、利用通有电流的线圈,根据电磁感应原理,使其像磁铁一样具有磁性的装置。在日常生活中有着极其广泛的应用。

电磁铁概述

  电磁铁内部带有铁心的、利用通有电流的线圈使其像磁铁一样具有磁性的装置叫做电磁铁,通常制成条形或蹄形。铁心要用容易磁化,又容易消失磁性的软铁或硅钢来制做。这样的电磁铁在通电时有磁性,断电后就随之消失。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、磁悬浮列车等。

电磁铁发展历史

  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。

电磁铁原理

  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,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。

电磁铁分类

  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。

电磁铁特点

  磁极的方向可以改变:磁极可以由改变电流的方向来控制;

  磁性的有无可以控制:电磁铁磁性的有无可以用通、断电流控制;

  磁性的强弱可以改变: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。

电磁铁作用

  (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,故电磁铁的磁力大于天然磁铁。

  (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。

 
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