电磁铁的科学工作原理介绍

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电磁铁的科学工作原理介绍

　　电磁铁在生活中经常可以看到，但是很多人都不知道电磁铁的一些原理。下面是小编为你精心推荐的电磁铁的科学工作原理，希望对您有所帮助。

　　电磁铁的科学工作原理介绍 1

　　电磁铁的科学原理

　　当线圈通电后，铁心和衔铁被磁化，成为极性相反的两块磁铁，它们之间产生电磁吸力。当吸力大于弹簧的反作用力时，衔铁开始向着铁心方向运动。当线圈中的电流小于某一定值或中断供电时，电磁吸力小于弹簧的反作用力，衔铁将在反作用力的作用下返回原来的释放位置。

　　电磁铁是利用载流铁心线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期动作的一种电器。它是将电能转换为机械能的一种电磁元件。

　　电磁铁主要由线圈、铁心及衔铁三部分组成，铁心和衔铁一般用软磁材料制成。铁心一般是静止的，线圈总是装在铁心上。开关电器的电磁铁的衔铁上还装有弹簧。

　　电磁铁工作原理

　　将电磁能变换为机械能以实现吸合作功的一种电器。通常由软磁材料制成的铁心、衔铁和励磁绕组组成。当励磁绕组通电时，绕组周围产生磁场，铁心磁化，并产生电磁吸力吸引衔铁，使之运动作功。电磁铁主要用于操动、牵引机械装置，以达到预期的目的。工业上常用的电磁铁有制动电磁铁、牵引电磁铁、起重电磁铁和阀用电磁铁等。此外，属于电磁铁类的还有用以传递或隔断两轴间的机械联系的电磁联轴器;用在机床工作台上以吸牢磁性材料工件的电磁吸盘;供高能物理、核聚变研究、磁流体发电和高速悬浮列车等方面使用的、能产生高达数十特(斯拉)的磁通密度而几乎不消耗绕组功率的超导电磁铁等。

　　起重电磁铁

　　用来吊运和装卸铁磁性物体的电磁铁。工业上常用以吊运或装卸铁矿石、铁砂、废钢铁、钢锭、钢轨以及各种钢材和钢质工件。起重电磁铁通常做成圆盘形或矩形，并带有内磁极和外磁极。当励磁绕组通电后，内外磁极均被磁化，吸引钢质材料或工件(相当于一般电磁铁中的衔铁)，形成一个闭合的磁路。为保护励磁绕组，使之不因磁极与被吸引物体间的机械撞击所损伤，起重电磁铁通常采用甲壳式结构，并且采用直流励磁。

　　牵引电磁铁

　　供牵引和推斥机械装置用的一种电磁铁。主要用于各种自动设备中，以实现远距离控制。为了能够在长行程下获得较大的电磁吸力，牵引电磁铁一般采用吸引特性比较平坦的甲壳式结构。其内部装有铁心、衔铁和励磁线圈。使用时，将铁心固定在机械装置的静止部件上，衔铁则连接在牵引杆上。当励磁绕组通电后，铁心被磁化，产生电磁吸力吸引衔铁，后者则通过牵引杆来操纵所控制的机械装置的机构。为了适应不同控制对象的需要，牵引电磁铁有拉动式和推动式两种，但都不具备复位装置。牵引电磁铁的主要技术指标为一定行程下的电磁吸力、操作频率和寿命。

　　制动电磁铁

　　作机械制动用的一种电磁铁。主要用于电力驱动装置和起重运输设备中，并与制动器配合使用，使电动机准确停车和悬吊着的重物不致坠落。制动电磁铁按衔铁行程分为长行程和短行程两类;按励磁方式分为直流和交流、并励和串励以及单相和三相等种类。制动电磁铁的工作原理是：当电磁铁的绕组通电后，衔铁被吸向铁心，并通过制动器中的停档压迫制动杆，使之移动，从而迫使制动器松闸。切断线圈电源后，制动杆在弹簧作用下使衔铁脱离磁轭，而制动器则将机构刹住。制动电磁铁的主要技术参数是行程、一定行程下的电磁吸力、操作频率和通电持续率。操作频率是指每小时操作的次数;通电持续率是指每次通电时间与每次通电及不通电时间之和的百分比。使用中，制动电磁铁与瓦式制动器相配合时用短行程类;与皮带制动器相配合时用长行程类。制动电磁铁通过液压方式将电磁力传递给制动机构的称液压制动电磁铁。

　　阀用电磁铁

　　供远距离操作各种液压、气动系统阀门的电磁铁。常用于各种金属切削机床中。阀用电磁铁不设复位装置，而由阀体中的弹簧使之复位。当电磁铁的励磁绕组通过电流时，电磁吸力即克服弹簧阻力，使阀体的推杆移动，将阀门开启;当励磁绕组断电后，在复位弹簧作用下,阀体推杆便推动衔铁,使其移动额定行程处，阀门关闭。阀用电磁铁分为湿式和干式两种。湿式阀用电磁铁的衔铁在液压油中工作，由于油的冷却作用，使其与具有相同吸力的电磁铁相比，有较小的尺寸。

　　电磁铁的发明

　　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，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。

　　电磁铁的科学工作原理介绍 2

　　一、电磁铁原理

　　电磁铁是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。

　　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。

　　二、电磁铁制作原理

　　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，相当于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。