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电磁体工作原理

2017-11-1 22:06| 发布者: dymodel| 查看: 69| 评论: 0|原作者: baby

摘要: 电磁体工作原理电磁体的基本原理很简单:导线中通入电流后,即可产生一个磁场。   运用这个简单的基本原理,您可以制作各种东西,包括电机、螺线管、硬盘和磁带机的读/写磁头以及扬声器等产品。在本文中,您将完全 ...

电磁体工作原理

电磁体的基本原理很简单:导线中通入电流后,即可产生一个磁场。
  运用这个简单的基本原理,您可以制作各种东西,包括电机、螺线管、硬盘和磁带机的读/写磁头以及扬声器等产品。在本文中,您将完全了解电磁体的工作原理,还有机会利用自己亲手制作的电磁体来做几个实验!
  在讨论电磁体之前,让我们先讨论一下普通的“永久”磁体,如冰箱中的永磁体和您小时候可能玩过的吸铁石。
  您可能知道,所有磁体都有两端,通常称为“北极”和“南极”。磁体可吸引由钢或铁制成的物品。您可能还知道适用于所有磁体的基本定律:异极相吸,同极相斥。因此,如果您有两块条形磁铁,其两端分别标有“北极”和“南极”,那么一块磁铁的北极端将吸引另一块的南极端,而一块磁铁的北极端将排斥另一块的北极端(同样,一块磁铁的南极端也会排斥另一块的南极端)。
  电磁体的工作原理与之完全相同,只不过电磁体是“临时的”,也就是说,只有在电流流动时才会有磁场存在。
  电磁体可以由一节电池(或者其他电源)和一根导线构成。电池放出电子。
  如果您仔细观察一节电池,比如说手电筒里的一节普通D-cell电池(双电池),您可以看到它有两端,一端标有正号(+),另一端标有负号(-)。电子聚集在电池的负极端,如果您让它们流动,它们会很“高兴地”流向正极端。您“让它们”流动的方式就是接一根导线。如果在D-cell电池的正负端之间直接接一根导线,则会出现以下三种现象:
  电子将发生运动,方向是从电池的负极流向正极,而且会有多快流多快。
  电池将很快耗尽(在几分钟之内)。因此,直接将电池的两个端子连起来通常不是什么好主意。正常情况下,您需要在导线中加入某种负载,才能让电子执行某种有效的工作。负载可以是电机、灯泡、收音机或其他任何需要用电的设备。
  导线中会产生一个小磁场。这个小磁场是形成电磁体的基础。
  磁场部分的知识可能会让您感到惊奇,不过所有通电导线中确实存在磁场。您不妨通过下面这个实验来亲自验证一下。您需要:
  一节AA、C或D-cell电池
  一根导线(如果屋里没有导线,您可以去当地电气或五金商店购买一卷绝缘铜芯细导线。四线电话线就是一种很不错的材料——剥去外面的塑料护套,里面就是四根性能绝佳的导线。)
  罗盘
  
  将罗盘放在桌子上,让导线靠近罗盘,然后用导线将电池的正负极连起来,并持续数秒。您会注意到罗盘指针出现摆动。起初,罗盘指向地球的北极(无论您站在哪个方向),如右图所示。将导线与电池相连时,罗盘指针之所以出现摆动,是因为指针本身是一个带有北极和南极的小磁体。由于指针很小,它对小磁场很敏感。因此,罗盘会受
  下图显示了导线周围的磁场形状。在这幅图中,设想您把导线切开并观察其端点。图中的绿色圆环是导线本身的横截面。环形磁场分布在导线周围,如下图的环线所示。随着与导线之间距离的加大,磁场会逐渐减弱(因此离导线越远,线和线之间的距离就越大)。可以看出,磁场与导线垂直,磁场方向取决于导线中电流的流动方向。罗盘指针将根据磁场(与导线垂直)进行调整。运用您在上一部分中制作的装置,如果翻转电池并重复此实验,您会发现罗盘指针向相反的方向摆动。
  
  导线的磁场
  由于导线周围的磁场是环形的,且与导线垂直,因此一种放大导线磁场的简便方法就是将导线盘起来,如下图所示:
  
  单环磁场
  例如,如果您将导线绕着钉子缠10圈,然后将导线与电池相连,并将钉子的一端靠近罗盘,那么您会发现它对罗盘的影响要明显得多。事实上,钉子起到了条形磁铁的作用。
  
  一个简单的电磁体
  但是,只有在电流从电池中流出时才会有磁场存在。您刚才所制作的正是一个电磁体!您会发现,这个磁体能吸住小的钢制品,如回形针、钉书钉和图钉。
  绕钉子一圈的单匝线圈的磁力有多大呢?10匝线圈的磁力又是多大呢?100匝线圈呢?试着用不同匝数的线圈试验一下,看看会发生什么事情。有一种测量和比较“磁力”的方法就是看该装置可以吸起多少个钉书钉。
  电压对电磁体的强度有何影响?如果将两节电池串联起来可得到3伏电压,那么这对磁体的强度会有什么影响?(请不要尝试让电压超过6伏,并且只能使用手电筒的电池。不要尝试使用从房间墙壁引出的电流,因为这种电流足以致命。此外,请不要尝试使用汽车电池,因为汽车电池发出的电流同样会致命。)
  对于磁体来说,铁芯和铝芯有何不同?例如,将一些铝箔紧紧地卷在一起,用它来代替钉子作为磁体的芯,将会发生什么情况呢?如果使用塑料芯,例如一支笔,又会发生什么呢?
  用螺线管可以吗?螺线管是另一种形式的电磁体。它是一种电磁管,通常用来沿直线移动金属。找一个吸管或者旧钢笔(把墨水管拆下来),再找一个可以轻松滑到管子中的小钉子(或者是弄直的回形针)。将导线绕管子缠100圈。把钉子或回形针放在线圈的一端,然后将线圈接到电池上。注意到钉子如何移动了吗?螺线管可用于各种场合,尤其是锁。如果您的汽车配备了电动锁,则可以通过螺线管来操作它们。螺线管的另一种常见做法是用细圆柱状永磁体来代替钉子。然后通过改变螺线管中的磁场方向来使磁体内外移动。(在试着将磁体放到螺线管中时请一定要小心,因为磁体可能会射出来。)
  我如何确定有磁场存在?您可以使用铁屑来观察导线的磁场。买一些铁屑,或者自己在操场或沙滩上用磁体来收集铁屑。将少许铁屑放在一张纸上,然后将纸放在磁体上方。轻轻敲打纸张,铁屑将根据磁场排列,您就可以看到磁场的形状了!

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