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第20章 (电与磁) 第3节 电磁铁 电磁继电器

电磁铁
一根条形磁体,它的周围存在着磁场。 这种磁体是一种 永久磁体。 永久磁体可以吸引铁钉、曲别针、钢针等铁磁性材料制作的物体。如果把一根导线绕成螺线管, 再在螺线管内插入铁芯,当有电流通过时,它会有较强的磁性。这种磁体,在有电流通过时有磁性, 没有电流时就失去磁性。我们把这种磁体叫做 电磁铁(electromagnet)
家里的一些电器,如电冰箱、吸尘器中都有电磁铁。 在工地、码头,以及一些车间、货场,人们常常可以看到电磁起重机在工作(图20.3-1)。 电磁起重机的主要部件之一是电磁铁。

电磁铁的磁性
实际中,根据工作的性质不同,需要电磁铁的磁性强弱也不同。那么电磁铁磁性的强弱与哪些因素有关呢?我们知道,磁性强的磁体对铁磁性物质作用力大,研究电磁铁时,可以根据它吸引铁块、铁钉或曲别针等的多少来判断它的磁性强弱。

首先,电磁铁只有在线圈中通有电流时才有磁性,那么电流的大小应该会影响电磁铁磁性的强弱。
其次,构成电磁铁的主要部件是线圈,线圈的形状和匝数可能也会影响电磁铁的磁性强弱。那么,对于外形相同的线圈,电磁铁磁性的强弱跟线圈的匝数会有怎样的关系?

从实验可以看出,匝数一定时,通入的电流越大,电磁铁的磁性越强;电流一定时,外形相同的螺线管,匝数越多,电磁铁的磁性越强。
电磁铁的实际用途很多,最直接的应用之一是 电磁起重机 。 电磁铁安装在吊车上,通电后吸起大量钢铁,移动到另一个位置后切断电流,钢铁被放下。 大型电磁起重机一次可以吊起几吨钢材。在 电动机、发电机、电铃和电磁继电器 里也用到电磁铁。 全自动洗衣机的进水、排水阀门,卫生间里感应式冲水器的阀门 ,也都是由电磁铁控制的。
目前许多国家在研制 高速磁浮列车 ,其上所用的磁体大多是通有强大电流的电磁铁。 磁浮列车的车厢和铁轨上分别安放着磁体,磁极相对。 由于磁极间的相互作用,列车能够在铁轨上方几厘米的高度上飞驰(图20.3-3), 避免了来自车轮与轨道之间的摩擦力,突破了以往列车的速度极限,每小时可运行500 km以上。 这几乎达到了短程飞机的航速,并且噪声低、动力损耗少、稳定性高。 2003年,我国上海市龙阳路至浦东机场的磁浮铁路成为世界上第一条商业运营的磁浮铁路。

电磁继电器
驱动巨大机器的电流可能达到几十安、几百安。在工厂里,我们常常看到工人师傅利用按钮来控制机器(图20.3-4),难道强大的电流就在按钮下面流过?不,用手直接控制强大的电流或操作高压电路是很危险的,工人师傅按下的只是继电器的开关,而电源的接通和断开是由继电器控制的。

那么,什么是继电器?它是怎样工作的?
继电器是利用低电压、弱电流电路的通断, 来间接地控制高电压、强电流电路通断的装置。电磁继电器就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。
电磁继电器的结构如图20.3-5所示,由电磁铁、衔铁、弹簧、触点组成。其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。

当较低的电压加在接线柱D、E两端,较小的电流流过线圈时,电磁铁把衔铁吸下,使B、C两个接线柱所连的触点接通,较大的电流就可以通过B、C带动机器工作了。工人师傅的按钮只控制电磁铁电流的通断,而高电压、强电流电路的通断则由 B、C两个触点控制,这样人们就可以安全方便地操纵大型机械了。
参考资料:
     第3节 (电磁铁 电磁继电器)

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