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電磁鐵的科學(xué)工作原理介紹

　　電磁鐵在生活中經(jīng)�？梢钥吹�，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(xué)工作原理，希望對您有所幫助。

　　電磁鐵的科學(xué)工作原理介紹 1

　　電磁鐵的科學(xué)原理

　　當(dāng)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(chǎn)生電磁吸力。當(dāng)吸力大于彈簧的反作用力時(shí)，銜鐵開始向著鐵心方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)線圈中的電流小于某一定值或中斷供電時(shí)，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(chǎn)生的電磁吸力來操縱機(jī)械裝置，以完成預(yù)期動(dòng)作的一種電器。它是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)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(guān)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(jī)械能以實(shí)現(xiàn)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(lì)磁繞組組成。當(dāng)勵(lì)磁繞組通電時(shí)，繞組周圍產(chǎn)生磁場，鐵心磁化，并產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，使之運(yùn)動(dòng)作功。電磁鐵主要用于操動(dòng)、牽引機(jī)械裝置，以達(dá)到預(yù)期的目的。工業(yè)上常用的電磁鐵有制動(dòng)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(jī)械聯(lián)系的電磁聯(lián)軸器;用在機(jī)床工作臺(tái)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(fā)電和高速懸浮列車等方面使用的、能產(chǎn)生高達(dá)數(shù)十特(斯拉)的磁通密度而幾乎不消耗繞組功率的超導(dǎo)電磁鐵等。

　　起重電磁鐵

　　用來吊運(yùn)和裝卸鐵磁性物體的電磁鐵。工業(yè)上常用以吊運(yùn)或裝卸鐵礦石、鐵砂、廢鋼鐵、鋼錠、鋼軌以及各種鋼材和鋼質(zhì)工件。起重電磁鐵通常做成圓盤形或矩形，并帶有內(nèi)磁極和外磁極。當(dāng)勵(lì)磁繞組通電后，內(nèi)外磁極均被磁化，吸引鋼質(zhì)材料或工件(相當(dāng)于一般電磁鐵中的銜鐵)，形成一個(gè)閉合的磁路。為保護(hù)勵(lì)磁繞組，使之不因磁極與被吸引物體間的機(jī)械撞擊所損傷，起重電磁鐵通常采用甲殼式結(jié)構(gòu)，并且采用直流勵(lì)磁。

　　牽引電磁鐵

　　供牽引和推斥機(jī)械裝置用的一種電磁鐵。主要用于各種自動(dòng)設(shè)備中，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)。其內(nèi)部裝有鐵心、銜鐵和勵(lì)磁線圈。使用時(shí)，將鐵心固定在機(jī)械裝置的靜止部件上，銜鐵則連接在牽引桿上。當(dāng)勵(lì)磁繞組通電后，鐵心被磁化，產(chǎn)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(jī)械裝置的機(jī)構(gòu)。為了適應(yīng)不同控制對象的需要，牽引電磁鐵有拉動(dòng)式和推動(dòng)式兩種，但都不具備復(fù)位裝置。牽引電磁鐵的主要技術(shù)指標(biāo)為一定行程下的電磁吸力、操作頻率和壽命。

　　制動(dòng)電磁鐵

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

　　閥用電磁鐵

　　供遠(yuǎn)距離操作各種液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)閥門的電磁鐵。常用于各種金屬切削機(jī)床中。閥用電磁鐵不設(shè)復(fù)位裝置，而由閥體中的彈簧使之復(fù)位。當(dāng)電磁鐵的勵(lì)磁繞組通過電流時(shí)，電磁吸力即克服彈簧阻力，使閥體的推桿移動(dòng)，將閥門開啟;當(dāng)勵(lì)磁繞組斷電后，在復(fù)位彈簧作用下,閥體推桿便推動(dòng)銜鐵,使其移動(dòng)額定行程處，閥門關(guān)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(fā)明

　　1822年，法國物理學(xué)家阿拉戈和呂薩克發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流通過其中有鐵塊的繞線時(shí)，它能使繞線中的鐵塊磁化。這實(shí)際上是電磁鐵原理的最初發(fā)現(xiàn)。1823年，斯特金也做了一次類似的實(shí)驗(yàn)：他在一根并非是磁鐵棒的U型鐵棒上繞了18圈銅裸線，當(dāng)銅線與伏打電池接通時(shí)，繞在U型鐵棒上的銅線圈即產(chǎn)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(dāng)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(fā)明，使人們看到了把電能轉(zhuǎn)化為磁能的光明前景，這一發(fā)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(xué)家亨利對斯特金電磁鐵裝置進(jìn)行了一些革新，絕緣導(dǎo)線代替裸銅導(dǎo)線，因此不必?fù)?dān)心被銅導(dǎo)線過分靠近而短路。由于導(dǎo)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(chǎn)生的磁場就越強(qiáng)，這樣就大大提高了把電能轉(zhuǎn)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(xué)工作原理介紹 2

　　一、電磁鐵原理

　　電磁鐵是通電產(chǎn)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(dǎo)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(shí)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(yīng)用，由于它的發(fā)明也使發(fā)電機(jī)的功率得到了很大的提高。

　　當(dāng)在通電螺線管內(nèi)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(gè)磁體，這樣由于兩個(gè)磁場互相疊加，從而使螺線管的磁性大大增強(qiáng)。為了使電磁鐵的磁性更強(qiáng)，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(shí)針，另一邊必須逆時(shí)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(qiáng)弱就不能用電流的大小來控制，而失去電磁鐵應(yīng)有的優(yōu)點(diǎn)。

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

　　當(dāng)電流通過導(dǎo)線時(shí)，會(huì)在導(dǎo)線的周圍產(chǎn)生磁場。應(yīng)用這性質(zhì)，將電流通過螺線管時(shí)，則會(huì)在螺線管之內(nèi)制成均勻磁場。假設(shè)在螺線管的中心置入鐵磁性物質(zhì)，則此鐵磁性物質(zhì)會(huì)被磁化，而且會(huì)大大增強(qiáng)磁場。

　　一般而言，電磁鐵所產(chǎn)生的磁場與電流大小、線圈圈數(shù)及中心的鐵磁體有關(guān)。在設(shè)計(jì)電磁鐵時(shí)，會(huì)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(chǎn)生的磁場大小，但隨著超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，將有機(jī)會(huì)超越現(xiàn)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(dǎo)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(chǎn)生的磁場，在線圈內(nèi)都指向同一方向，故線圈內(nèi)的磁場較直導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度大。

　�。�3）圓形導(dǎo)線通入電流時(shí)，線圈外的磁場因各小段電流產(chǎn)生磁場的方向不一致，因此產(chǎn)生的合成磁場較圈內(nèi)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(qiáng)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(dǎo)線繞成螺線形的長線圈，相當(dāng)于由很多個(gè)圓形線圈所串聯(lián)而成，每一圓形導(dǎo)線在中心處所建立的磁場均為同向，可以增強(qiáng)效應(yīng)，故線圈中心處的磁場較單匝圓形線圈為強(qiáng)。

　�。�2）線圈內(nèi)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(nèi)的磁力線與線圈外方向恰相反。

　�。�4）線圈內(nèi)磁場的強(qiáng)度與線圈上的電流及單位長度內(nèi)線圈的圈數(shù)成正比。