微型电磁铁
Aaron · 2013-02-01 09:02 · 57444 次点击
微型电磁铁
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。
微型电磁铁的概述
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。
电磁铁是可以通电流来产生磁力的器件,属非永久磁铁,可以很容易地将其磁性启动或是消除。例如:大型起重机利用电磁铁将废弃车辆抬起。
当电流通过导线时,会在导线的周围产生磁场。应用这性质,将电流通过螺线管时,则会在螺线管之内制成均匀磁场。假设在螺线管的中心置入铁磁性物质,则此铁磁性物质会被磁化,而且会大大增强磁场。
一般而言,电磁铁所产生的磁场与电流大小、线圈圈数及中心的铁磁体有关。在设计电磁铁时,会注重线圈的分布和铁磁体的选择,并利用电流大小来控制磁场。由于线圈的材料具有电阻,这限制了电磁铁所能产生的磁场大小,但随着超导体的发现与应用,将有机会超越现有的限制。
微型电磁铁的优点
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。
微型电磁铁的应用
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。
电磁铁磁场方向的判断
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。
微型电磁铁的性质
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。
微型电磁铁的意义
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:
μ0I1I2dι2×(dι1×γ12)
df12=─────────────
4πγ123
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
μ0Idι×γ
dB=───────
4πγ3
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
微型电磁铁的原理
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螺旋定则(安培定理):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。