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電機電子 · 電容器與線圈

電磁鐵與磁飽和

一個電線的磁場取決於電流和線圈的匝數。鐵芯可以顯著增強磁場,但磁場不會無限比例增長。

相關實驗:電磁鐵的強度 →
電磁鐵的強度
電磁鐵的強度實驗場景 →

意義與機制

電流產生的磁場線上圈的每個轉子上進行累加。 在一個長形線圈的內部,磁場可以被近似地認為是相對均勻的。

崔的自畫像增強了線圈的強度;然而,磁疇的對齊程度存在一定的限制。當電流接近飽和時,進一步增加電流會導致效果的提升幅度減小。

關係與條件

對於較長的空氣芯線,B≈μ₀NI/ℓ。 這種近似公式與線圈的匝數 N 和電流 I 成正比,與長度 ℓ 成反比。 鐵芯需要一個獨立的磁化關係。

實際的核心包含強磁性和殘餘磁化,並且線圈的末端呈現不均勻的間隙。僅僅根據間隙的大小,無法準確預測可以連線的數量。

觀察實驗中需要注意的事物

磁場與空氣核心成比例,即 B ∝ NI;鐵芯飽和,且其增加速率減緩。

這是一個長型電磁鐵的近似模型。 核心磁滯效應以及實際的夾子提升機制已被忽略。 在螢幕上進行實驗;請勿使用實際電源、插座或高電壓進行重複。

關鍵關係與符號

Bair = μ₀NI/ℓ · Bcore = Bsat tanh(100Bair/Bsat)

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
B磁場大小T
N/ℓ單位長度的轉數m⁻¹
I線圈電流A

透過範例確認

如果只改變相同電流的方向,磁極會發生什麼?

N ↔ S

常見誤解

  • 使用鐵芯的電磁的磁場,並不隨著電流的增加而無限地保持成比例。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

OpenStax · 物理學:大學教材,第二卷 (英文版)