S級電磁鐵TS-250

電磁鐵興起歷史

早在1820年春天，丹麥的奧斯特在一次偶然之中就發現了這一原理。1822年，法國物理學家阿拉戈和呂薩克才發現，當電流通過其中有鐵塊的繞線時，它能使繞線中的鐵塊磁化。這實際上是電磁鐵原理的最初發現。1823年，斯特金也做了一次類似的實驗：他在一根并非是磁鐵棒的U型鐵棒上繞了18圈銅裸線，當銅線與伏打電池接通時，繞在U型鐵棒上的銅線圈即產生了密集的磁場，這樣就使U型鐵棒變成了一塊“電磁鐵”。這種電磁鐵上的磁能要比永磁能放大多倍，它能吸起比它重20倍的鐵塊，而當電源切斷后，U型鐵棒就什么鐵塊也吸不住，重新成為一根普通的鐵棒。

斯特金的電磁鐵發明，使人們看到了把電能轉化為磁能的光明前景，這一發明很快在英國、美國以及西歐一些沿海國家傳播開來。

1829年，美國電學家亨利對斯特金電磁鐵裝置進行了一些革新，用磁電絕緣導線代替裸銅導線，因此不必擔心被銅導線過分靠近而短路。由于導線有了絕緣層，就可以將它們一圈圈地緊緊地繞在一起，由于線圈越密集，產生的磁場就越強，這樣就大大提高了把電能轉化為磁能的能力。到了1831年，亨利試制出了一塊更新的電磁鐵，雖然它的體積并不大，但它能吸起1噸重的鐵塊。

在奧斯特電流磁效應實驗及其他一系列實驗的啟發下 ，安培認識到磁現象的本質是電流 ，把涉及電流 、磁體的各種相互作用歸結為電流之間的相互作用，提出了尋找電流元相互作用規律的基本問題。為了克服孤立電流元無法直接測量的困難 ，安培精心設計了4個示零實驗并伴以縝密的理論分析，得出了結果。但由于安培對電磁作用持超距作用觀念，曾在理論分析中強加了兩電流元之間作用力沿連線的假設，期望遵守牛頓第三定律，使結論有誤。上述公式是拋棄錯誤的作用力沿連線的假設，經修正后的結果。應按近距作用觀點理解為，電流元產生磁場，磁場對其中的另一電流元施以作用力。

電磁鐵是通電產生電磁的一種裝置。在鐵芯的外部纏繞與其功率相匹配的導電繞組，這種通有電流的線圈像磁鐵一樣具有磁性，它也叫做電磁鐵（electromagnet）。我們通常把它制成條形或蹄形狀，以使鐵芯更加容易磁化。另外，為了使電磁鐵斷電立即消磁，我們往往采用消磁較快的的軟鐵或硅鋼材料來制做。這樣的電磁鐵在通電時有磁性，斷電后磁就隨之消失。電磁鐵在我們的日常生活中有著極其廣泛的應用，由于它的發明也使發電機的功率得到了很大的提高。

S級電磁鐵TS-250原理

當在通電螺線管內部插入鐵芯后，鐵芯被通電螺線管的磁場磁化。磁化后的鐵芯也變成了一個磁體，這樣由

于兩個磁場互相疊加，從而使螺線管的磁性大大增強。為了使電磁鐵的磁性更強，通常將鐵芯制成蹄形。但要注意蹄形鐵芯上線圈的繞向相反，一邊順時針，另一邊必須逆時針。如果繞向相同，兩線圈對鐵芯的磁化作用將相互抵消，使鐵芯不顯磁性。另外，電磁鐵的鐵芯用軟鐵制做，而不能用鋼制做。否則鋼一旦被磁化后，將長期保持磁性而不能退磁，則其磁性的強弱就不能用電流的大小來控制，而失去電磁鐵應有的優點。

電磁鐵是可以通電流來產生磁力的器件，屬非永久磁鐵，可以很容易地將其磁性啟動或是消除。例如：大型起重機利用電磁鐵將廢棄車輛抬起。

當電流通過導線時，會在導線的周圍產生磁場。應用這性質，將電流通過螺線管時，則會在螺線管之內制成均勻磁場。假設在螺線管的中心置入鐵磁性物質，則此鐵磁性物質會被磁化，而且會大大增強磁場。

一般而言，電磁鐵所產生的磁場與電流大小、線圈圈數及中心的鐵磁體有關。在設計電磁鐵時，會注重線圈的分布和鐵磁體的選擇，并利用電流大小來控制磁場。由于線圈的材料具有電阻，這限制了電磁鐵所能產生的磁場大小，但隨著超導體的發現與應用，將有機會超越現有的限制。

性質

直線電流的安培定則對一小段直線電流也適用。環形電流可看成許多小段直線電流組成，對每一小段直線電流用直線電流的安培定則判定出環形電流中心軸線上磁感強度的方向。疊加起來就得到環形電流中心軸線上磁感線的方向。直線電流的安培定則是基本的，環形電流的安培定則可由直線電流的安培定則導出直線電流的安培定則對電荷作直線運動產生的磁場也適用，這時電流方向與正電荷運動方向相同，與負電荷運動方向相反。

意義

安培定律與庫侖定律相當，是磁作用的基本實驗定律 ，它決定了磁場的性質，提供了計算電流相互作用的途徑。

S級電磁鐵TS-250圖片

注意

電磁鐵：利用電流的磁效應，使軟鐵(電磁鐵線圈內部芯軸,可快速充磁與消磁)具有磁性的裝置。

（1）將軟鐵棒插入一螺線形線圈內部，則當線圈通有電流時，線圈內部的磁場使軟鐵棒磁化成暫時磁鐵，但電流切斷時，則線圈及軟鐵棒的磁性隨著消失。

（2）軟鐵棒磁化后所生成的磁場，加上原有線圈內的磁場，使得總磁場強度大為增強，故電磁鐵的磁力大于 天然磁鐵。

（3）螺線形線圈的電流愈大，線圈圈數愈多，電磁鐵的磁場愈強。

電磁鐵的應用

（1）起重機：為工業用的強力電磁鐵，通上大電流，可用以吊運鋼板、貨柜、廢鐵等。

（2）電話：下一節介紹。

（3）安培計、伏特計、檢流計

（4）電鈴等等。

（5）自動化控制設備

（6）工業自動化控制、辦公自動化。

（7）包裝機械、醫療器械、食品機械、紡織機械等。

（8）電磁繼電器

（9）磁懸浮列車

制作原理

1.圓形線圈通往電流形成的磁場

（1）線圈中心處的磁場方向可將線圈上某一小段導線視為直線，由安培右手定則判定之。

（2）通有電流的圓形線圈上每一小段電流所產生的磁場，在線圈內都指向同一方向，故線圈內的磁場較直導線電流產生的磁場強度大。

（3）圓形導線通入電流時，線圈外的磁場因各小段電流產生磁場的方向不一致， 因此產生的合成磁場較圈內磁場弱。

（4）圓形線圈的電流愈大，半徑愈小，則線圈中心處的磁場強度即愈大。

（5）圓形線圈和圓盤形薄磁鐵的磁力線形狀相似。

2.螺線形線圈電流的磁場

（1）用一條長導線繞成螺線形的長線圈，相當于由很多個圓形線圈所串聯而成，每一圓形導線在中心處所建立的磁場均為同向，可以增強效應，故線圈中心處的磁場較單匝圓形線圈為強。

（2）線圈內部磁力線形成方向相同的直線，在線圈約兩端磁力線則漸彎曲向外。

（3）螺線形線圈的磁力線特性與棒形磁鐵的磁力線相似，線圈內的磁力線與線圈外方向恰相反。

（4）線圈內磁場的強度與線圈上的電流及單位長度內線圈的圈數成正比。

3.螺線形線圈電流內磁場方向的右手螺旋定則（安培定理）：以右手掌握住線圈，四指指向電流方向，大拇指所指的方向即為線圈內磁力線方向。