电磁铁为什么要把导线绕成线圈?

电与磁是相伴相生的,电可以生磁,磁也能生电。最早是奥斯特发现了电流的磁效应,他在一次实验中,偶然发现在自己将一个电路闭合的那个瞬间,放在旁边的小磁针也突然发生了偏转,这个现象被奥斯特注意到了之后被他进行了更深入的研究,于是发现了电流的磁效应。

这就是电生磁发现的 历史 ,那么光知道电流会产生磁场是不够的,如果需要利用这个磁场,我们还需要知道磁场在通电导线中是如何分布的。

通电导线的磁场分布

首先我们将一根直线的导体进行通电,并在通电的导体周围放上一圈的小磁针,通过小磁针所指的方向,我们就能够知道磁场的方向。 因为小磁针N极所指的方向就是磁场的方向

通过小磁针的指向,我们知道了电流产生的磁场为垂直于电流方向的闭合环形,判断一个导体产生的磁场我们可以使用安培定则

通过上图所示, 用右手大拇指指向电流的方向,那么四指所指的方向就是磁场的方向,我们就能够很快的进行磁场分布的判定。

电流产生的磁场我们可以用磁感应线来表示,线越密,表示磁场越强。

电磁场的强度叠加

既然一根直线型的导线就能够产生磁场,为什么还要将它绕这么多圈呢?事实上,单根导线产生的磁场实在太弱了,磁场的分布太过分散,基本上不能发挥多大的作用,而将他们卷在一起,磁场的密度将会更大。

磁场是一个矢量,具有方向柱,大小可以进行叠加,对于一个线圈来说,产生的磁场比较小,但将线圈增加几百甚至上千倍,它们每个线圈产生的磁场强度进行叠加够,强度也能够成百上千倍的叠加,因此会将导线绕成线圈来增加磁场强度。这样产生的电磁铁“吸引力”才会更大。

为了增大磁场的强度,还会在线圈中插入容易磁化的铁芯,这样能够让磁场分布更加集中,从而使让电磁铁的吸引力更大。

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这样每圈都能产生一定的磁场,各圈产生的磁场可以叠加,形成更强的磁场,如果只是一根直导线,附近的磁场就几乎可以忽略了。

根据毕奥-萨伐尔定律,电流元能在任意点激发出磁场,磁场的大小和电流元大小和位置有关。如果是直导线,不仅电流元数量少,而且大多数电流元与点P的位置关系并不能让磁感应强度最大化,就不会有很强的实用的磁场。如果是线圈,不仅电流元数量多,而且几乎每个电流元都能在线圈中心点处激发出较强的磁场,和直导线同样大的电流,线圈能更高效利用,还能多次重复利用,来尽可能的产生更强的磁场,所以线圈中心的位置磁感应强度就比直导线附近大很多。

做电磁铁,肯定是磁力大点好啊,如果设计的磁力过大了还可以减小电流来限制磁力大小,磁力过小就没办法加了,所以电磁铁中就需要把导线绕成线圈了。

虽然一根电线也显示磁场,但磁场太弱。为增大磁场强度,就要增加电线的数量。电线来回折叠因有正逆方向,磁场会相互抵消,所以电流要往一个方向才有效加强,只能多绕几圈。绕到一起就是线圈了。

磁场的组合,一根导线只要加上电流就会产生磁场。

形成ns极,不然一根指导线,ns是绕着导线的