电磁铁的工作原理

之间的关系电而且磁性直到1873年，物理学家詹姆斯。麦克斯韦观察正负电荷之间的相互作用[来源:马洪］．通过不断的实验，麦克斯韦确定了这些电荷根据它们的方向相互吸引或排斥。他也是第一个发现磁铁有磁极或电荷集中的独立点的人。麦克斯韦观察到，当电流通过导线时，会在导线周围产生磁场，这对电磁学很重要。

麦克斯韦的研究成就了许多科学原理，但他并不是第一个用电和磁做实验的科学家。大约50年前，汉斯·克里斯蒂安·奥斯特发现，当他实验室的电池开关时，他使用的指南针会发生反应[来源:格雷戈里］．这只有在有磁场干扰指南针指针的情况下才会发生，所以他推断磁场是由电池中流出的电流产生的。但奥斯特被吸引到化学领域，把电和磁的研究留给了别人[来源:马洪］．

电磁学的鼻祖是迈克尔·法拉第乐动体育网站5.0他是一位化学家和物理学家，后来麦克斯韦在他的基础上建立了许多理论。其中一个原因法拉第在历史上比麦克斯韦或奥斯特更杰出，这可能是因为他是一位多产的研究者和发明家。他被广泛誉为电磁学的先驱，但他也被誉为发现了电磁感应，我们将在稍后探索一些现实应用时讨论。法拉第还发明了电动马达乐动体育网站5.0，除了他在物理学方面有影响力的工作外，他还是第一个被任命为英国皇家学会富勒里安化学教授的人。不太寒酸。

那么这些人的工作揭示了什么呢?在下一节中，我们将看看电磁铁是如何工作的。

正如我们在介绍中提到的，基本的电磁铁并不那么复杂;你可以构造一个简单的你自己使用的材料可能在家里到处都有。一根导电线，通常是绝缘的铜线，绕在金属棒上。电线一接触就会变热，这就是为什么绝缘很重要。包裹导线的杆子叫做杆子电磁乐动体育网站5.0，产生的磁场从该点向外辐射。磁铁的强度与线圈绕杆的次数直接相关。对于更强的磁场，导线应该包裹得更紧。

好吧，还有一点比这更重要的。导线绕在磁棒或磁芯上越紧，电流在其周围形成的回路就越多，从而增强了磁场的强度。除了导线缠绕的紧密程度外，用于芯线的材料还可以控制芯线的强度磁铁．例如，铁是a铁磁金属，这意味着它是高渗透性的[来源:波士顿大学］．磁导率是另一种描述材料支撑磁场能力的方式。某种材料对磁场的导电性越强，其磁导率就越高。

一切物质，包括铁电磁铁的磁棒，是由原子．在螺线管通电之前，金属芯中的原子是随机排列的，没有指向任何特定的方向。当电流引入时，磁场穿透磁棒并使原子重新排列。这些原子都在运动，而且都朝着同一个方向，磁场就会变大乐动体育网站5.0。排列的原子，小区域的磁化原子称为域，随着电流的高低而增减，所以通过控制电流的流量，就可以控制磁铁的强度。当所有的畴都对齐时，会有一个饱和点，这意味着增加额外的电流不会导致磁性的增加。

通过控制电流，你基本上可以打开和关闭磁铁。当电流关闭时，原子就会恢复到自然、随机的状态，磁棒就会失去磁性(从技术上讲，它会保留一些磁性，但不多，时间也不长)。乐动-软件

用一个普通的永久磁铁，就像把家里狗的照片挂在冰箱上的那种，原子总是对齐的，磁铁的强度是恒定的。你知道吗，把永久磁铁掉下去，它的粘附力就会消失。撞击实际上会导致原子偏离排列。只要在上面擦一块磁铁，它们就能再次磁化。

的电电磁铁的动力必须来自某个地方，对吧?在下一节中，我们将探索这些磁铁产生能量的一些方式。

既然操作电磁铁需要电流，那么电流从何而来呢?简单的答案是，任何产生电流的东西都可以为电磁铁供电。从小AA开始电池用于电视遥控器的大型工业发电站电直接从网格在美国，如果它能储存和转移电子，那么它就能为电磁铁提供动力。

让我们先来看看家用电池的工作原理。大多数电池都有两个很容易识别的极，一个是正极，一个是负极。乐动体育网站5.0当电池不使用时，电子聚集在负极。当电池插入设备时，两极与设备中的传感器接触，闭合电路，允许电子在两极之间自由流动。在你的遥控器的情况下，该设备设计了一个负载，或出口点，用于电池中存储的能量[来源:格罗斯曼］．负载将能量用于操作遥控器。如果你只是在没有负载的情况下将一根电线直接连接到电池的两端，能量会很快从电池中耗尽。

当这种情况发生时，移动的电子也会产生磁场。如果你把遥控器的电池取出来，它可能会保留少量磁荷。你不能用遥控器遥控一辆车，但可能是一辆小的铁文件甚至是回形针。

另一个极端是地球本身。根据我们前面讨论过的定义，当电流围绕铁磁核心流动时，电磁铁就产生了。乐动体育网站5.0地核是铁，我们知道它有北极和南极。乐动体育网站5.0这不仅仅是地理上的名称，而是实际相反的磁极。发电机效应乐动体育网站5.0由于液态铁穿过外核的运动，这种现象在铁中产生了巨大的电流，产生了电流。电流产生磁荷，这很自然乐动体育网站5.0磁性是地球的能量使指南针起作用。指南针总是指向北方，因为金属针受到北极引力的吸引。

显然，在小型自制科学实验和地球本身之间，电磁铁的应用范围很广。那么，这些设备在现实世界中会在哪里出现呢?在下一节中，我们将看看我们的日常生活是如何受到电磁影响的。

许多电磁铁比永磁体有一个优势，因为它们可以很容易地打开和关闭，并增加或减少的量乐动体育网站5.0电围绕核心流动可以控制它们的强度。

现代技术在很大乐动-软件程度上依赖于使用磁性记录设备来存储信息。当您将数据保存到传统的电脑硬盘例如，微小的磁化金属片以特定于所保存信息的模式嵌入到磁盘上。这些数据最初是二进制数字计算机语言(0和1)。检索此信息时，模式被转换为原始二进制模式并转换为可用的形式。是什么使它成为电磁铁呢?流经计算机电路的电流会将这些微小的金属块磁化。这和录音机的原理是一样的，录象机以及其他基于磁带的媒体(是的，你们中的一些人仍然拥有磁带机和录像机)。这就是为什么磁铁有时会对这些设备的内存造成严重破坏。

如果你用无线方式给手机或平板电脑充电，你可能每天都会用到电磁。充电板会产生磁场。你的手机有一个与充电器同步的天线，允许电流流过的．正如你所想象的那样，这些设备中的电磁线圈很小，但更大的线圈可以为电动汽车等更大的设备充电。

电磁铁也为真正利用电的潜力铺平了道路。在电器中，电机运动是因为从墙上插座流出的电流产生了磁场。驱动马达的不是电本身，而是磁铁产生的电荷。磁铁的力产生旋转运动，这意味着它们绕着一个固定点旋转，类似于轮胎绕着车轴旋转。

所以，为什么不跳过这个过程，只使用插座供电电动机首先?因为为电器供电所需的电流非常大。你有没有注意过，打开电视机或洗衣机等大型电器，有时会导致家里的灯闪烁?这是因为电器最初消耗了大量的能量，但大量的能量只需要让电机启动。一旦发生这种情况，这种循环电磁感应接管。

从家用电器开始，我们将继续关注一些有史以来最复杂的机械，看看电磁体是如何被用来解开宇宙起源之谜的。粒子加速器是一种机器，它能以极高的速度推动带电粒子相互碰撞，以观察它们碰撞时会发生什么。这些亚原子粒子束非常精确，控制它们的轨迹至关重要，这样它们就不会偏离轨道，损坏机器。这就是电磁铁的用武之地。磁体被放置在碰撞光束的路径上，它们的磁性实际上是用来控制它们的速度和轨迹[来源:乐动体育网站5.0新教师］．

我们的电磁铁朋友的简历还不错吧?从你可以在你的车库里创造的东西到操作科学家和工程师用来破译的工具宇宙的起源在美国，电磁铁在我们周围的世界中扮演着相当重要的角色。

准备好自己做电磁实验了吗?往下读，你会发现一些有趣的想法。

电磁铁很容易制造;只需几件硬件和一个电源就能让你上路。首先，你需要准备以下物品:

一旦你有了这些东西，从铜线的每一端去掉绝缘，只要足够提供一个良好的连接与电池。把铁丝绕在钉子上;你把它裹得越紧，磁场就越强。最后，连接电池通过将电线的一端连接到正极，另一端连接到负极(电线的哪一端与哪个端子配对并不重要)。您看!工作电磁铁[来源:杰佛逊实验室］．

还没做够电磁实验?我们有更多的想法供你尝试:

最初发表于2000年4月1日