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電磁鐵的科學工作原理介紹

　　電磁鐵在生活中經常可以看到，但是很多人都不知道電磁鐵的一些原理。下面是小編為你精心推薦的電磁鐵的科學工作原理，希望對您有所幫助。

　　電磁鐵的科學工作原理介紹 1

　　電磁鐵的科學原理

　　當線圈通電后，鐵心和銜鐵被磁化，成為極性相反的兩塊磁鐵，它們之間產生電磁吸力。當吸力大于彈簧的反作用力時，銜鐵開始向著鐵心方向運動。當線圈中的電流小于某一定值或中斷供電時，電磁吸力小于彈簧的反作用力，銜鐵將在反作用力的作用下返回原來的釋放位置。

　　電磁鐵是利用載流鐵心線圈產生的電磁吸力來操縱機械裝置，以完成預期動作的一種電器。它是將電能轉換為機械能的一種電磁元件。

　　電磁鐵主要由線圈、鐵心及銜鐵三部分組成，鐵心和銜鐵一般用軟磁材料制成。鐵心一般是靜止的，線圈總是裝在鐵心上。開關電器的電磁鐵的銜鐵上還裝有彈簧。

　　電磁鐵工作原理

　　將電磁能變換為機械能以實現吸合作功的一種電器。通常由軟磁材料制成的鐵心、銜鐵和勵磁繞組組成。當勵磁繞組通電時，繞組周圍產生磁場，鐵心磁化，并產生電磁吸力吸引銜鐵，使之運動作功。電磁鐵主要用于操動、牽引機械裝置，以達到預期的目的。工業上常用的電磁鐵有制動電磁鐵、牽引電磁鐵、起重電磁鐵和閥用電磁鐵等。此外，屬于電磁鐵類的還有用以傳遞或隔斷兩軸間的機械聯系的電磁聯軸器;用在機床工作臺上以吸牢磁性材料工件的電磁吸盤;供高能物理、核聚變研究、磁流體發電和高速懸浮列車等方面使用的、能產生高達數十特(斯拉)的磁通密度而幾乎不消耗繞組功率的超導電磁鐵等。

　　起重電磁鐵

　　用來吊運和裝卸鐵磁性物體的電磁鐵。工業上常用以吊運或裝卸鐵礦石、鐵砂、廢鋼鐵、鋼錠、鋼軌以及各種鋼材和鋼質工件。起重電磁鐵通常做成圓盤形或矩形，并帶有內磁極和外磁極。當勵磁繞組通電后，內外磁極均被磁化，吸引鋼質材料或工件(相當于一般電磁鐵中的銜鐵)，形成一個閉合的磁路。為保護勵磁繞組，使之不因磁極與被吸引物體間的機械撞擊所損傷，起重電磁鐵通常采用甲殼式結構，并且采用直流勵磁。

　　牽引電磁鐵

　　供牽引和推斥機械裝置用的一種電磁鐵。主要用于各種自動設備中，以實現遠距離控制。為了能夠在長行程下獲得較大的電磁吸力，牽引電磁鐵一般采用吸引特性比較平坦的甲殼式結構。其內部裝有鐵心、銜鐵和勵磁線圈。使用時，將鐵心固定在機械裝置的靜止部件上，銜鐵則連接在牽引桿上。當勵磁繞組通電后，鐵心被磁化，產生電磁吸力吸引銜鐵，后者則通過牽引桿來操縱所控制的機械裝置的機構。為了適應不同控制對象的需要，牽引電磁鐵有拉動式和推動式兩種，但都不具備復位裝置。牽引電磁鐵的主要技術指標為一定行程下的電磁吸力、操作頻率和壽命。

　　制動電磁鐵

　　作機械制動用的一種電磁鐵。主要用于電力驅動裝置和起重運輸設備中，并與制動器配合使用，使電動機準確停車和懸吊著的重物不致墜落。制動電磁鐵按銜鐵行程分為長行程和短行程兩類;按勵磁方式分為直流和交流、并勵和串勵以及單相和三相等種類。制動電磁鐵的工作原理是：當電磁鐵的繞組通電后，銜鐵被吸向鐵心，并通過制動器中的停檔壓迫制動桿，使之移動，從而迫使制動器松閘。切斷線圈電源后，制動桿在彈簧作用下使銜鐵脫離磁軛，而制動器則將機構剎住。制動電磁鐵的主要技術參數是行程、一定行程下的電磁吸力、操作頻率和通電持續率。操作頻率是指每小時操作的次數;通電持續率是指每次通電時間與每次通電及不通電時間之和的百分比。使用中，制動電磁鐵與瓦式制動器相配合時用短行程類;與皮帶制動器相配合時用長行程類。制動電磁鐵通過液壓方式將電磁力傳遞給制動機構的稱液壓制動電磁鐵。

　　閥用電磁鐵

　　供遠距離操作各種液壓、氣動系統閥門的電磁鐵。常用于各種金屬切削機床中。閥用電磁鐵不設復位裝置，而由閥體中的彈簧使之復位。當電磁鐵的勵磁繞組通過電流時，電磁吸力即克服彈簧阻力，使閥體的推桿移動，將閥門開啟;當勵磁繞組斷電后，在復位彈簧作用下,閥體推桿便推動銜鐵,使其移動額定行程處，閥門關閉。閥用電磁鐵分為濕式和干式兩種。濕式閥用電磁鐵的銜鐵在液壓油中工作，由于油的冷卻作用，使其與具有相同吸力的電磁鐵相比，有較小的尺寸。

　　電磁鐵的發明

　　1822年，法國物理學家阿拉戈和呂薩克發現，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大放多倍，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，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。

　　電磁鐵的科學工作原理介紹 2

　　一、電磁鐵原理

　　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。

　　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。

　　二、電磁鐵制作原理

　　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。