电磁铁的磁场强度，线圈磁场

描述

一个简单的电磁铁可以通过在一个软铁芯周围缠绕一圈电线来制造，例如一个大钉子

我们现在从前面的教程中知道一个直的载流导体会产生沿其长度的所有点周围的圆形磁场，并且该磁场的旋转方向取决于流过导体的电流方向，左手规则。

在上一篇关于电磁学的教程中，我们看到如果我们将导体弯曲成单个环路，电流将以相反的方向流过环路，产生顺时针场和逆时针场彼此相邻。电磁铁使用这个原理，通过将几个单独的环磁性连接在一起以产生单个线圈。

电磁铁基本上是线圈，表现得像棒当电流通过线圈时，磁铁具有明显的北极和南极。由每个单独的线圈回路产生的静磁场与其相邻的磁场相加，组合的磁场集中，就像我们在线圈中心的最后一个教程中看到的单线回路一样。由此产生的静磁场一端为北极，另一端为南极，均匀，线圈中心比外围强得多。

电磁铁周围的力线

这产生的磁场以条形磁铁的形式伸展，形成一个独特的北方和南极，磁通量与线圈中流动的电流量成正比。如果在相同电流流动的同一线圈上缠绕额外的导线层，磁场强度将会增加。

因此可以看出，任何给定磁路中可用的磁通量与流过它的电流和线圈内的导线匝数成正比。这种关系称为 Magneto Motive Force 或 mmf ，定义为：

Magneto Motive Force表示为流过 N 圈线圈的电流 I 。因此，电磁铁的磁场强度由线圈的安培匝数决定，线圈中的线圈越多，磁场的强度就越大。

电磁铁的磁场强度

我们现在知道，两个相邻的导体都是承载电流，磁场是根据电流的方向设置的。由此产生的两个场的相互作用使得两个导体经受机械力。

当电流在相同方向（线圈的同一侧）流动时，两个导体之间的场如上所示，它很弱，会产生吸引力。同样，当电流沿相反方向流动时，它们之间的磁场变强，导体被排斥。

导体周围的场强与其距离成正比，最强点是下一个到导体并逐渐变得越来越远离导体。在单个直导体的情况下，流过的电流和与其的距离是决定磁场强度的因素。

因此计算“磁场强度”的公式， H 有时被称为“直流载流导体的磁化力”来源于流过它的电流及其距离。

电磁铁的磁场强度

其中：

H - 是安培磁场的强度-turns / meter， at / m

N - 是线圈的匝数

I - 以安培为单位流过线圈的电流， A

L - 线圈的长度，以米为单位， m

然后总结一下，线圈磁场的强度或强度取决于以下因素。

线圈内线圈的匝数。

线圈中流过的电流量。

核心材料的类型。

电磁铁的磁场强度还取决于核心材料的类型，核心材料被用作核心的主要目的是将磁通量集中在明确且可预测的路径中。到目前为止，只考虑了空心（空心）线圈，但是将其他材料引入磁芯（线圈中心）对磁场强度有很大的控制作用。

使用钉子的电磁铁

如果材料是非磁性的，例如木材，出于计算目的，它可以被视为自由空间，因为它们非常渗透率低。然而，如果芯材料由诸如铁，镍，钴或其合金的任何混合物的铁磁材料制成，则将观察到线圈周围的磁通密度的显着差异。

铁磁材料是可磁化的材料，通常由软铁，钢或各种镍合金制成。将这种材料引入磁路中具有集中磁通量的作用，使其更加集中和致密，并放大由线圈中的电流产生的磁场。

我们可以通过如图所示，将一圈电线缠绕在一块大软铁钉上并将其连接到电池上。这个简单的教室实验允许我们拾取大量的夹子或引脚，我们可以通过增加更多的线圈来使电磁铁更强大。通过空心空芯或通过将铁磁材料引入核心的磁场强度称为磁导率。

电磁铁的渗透性

如果在电磁铁中使用具有相同物理尺寸的不同材料的芯，则磁铁的强度将相对于所使用的芯材料而变化。磁强度的这种变化是由于通过中心磁芯的磁通线的数量。如果磁性材料具有高磁导率，那么磁通线可以很容易地产生并穿过中心磁芯和磁导率（μ），它可以衡量磁芯的磁化容易程度。

给出真空渗透率的数值常数如下：μ o =4.π.10 -7 H / m 自由空间（真空）的相对渗透率通常给定值为1。正是这个值在所有处理渗透率的计算中都被用作参考，所有材料都有自己特定的渗透率值。

仅使用不同铁，钢或合金芯的渗透率的问题是所涉及的计算可能会变得非常大，因此通过它们的相对渗透率来定义材料会更方便。

相对渗透率，符号μ r 是μ（绝对渗透率）和的乘积μ o 自由空间的渗透率，并给出为。

相对渗透率

渗透率略低于自由空间（真空）并且对磁场具有弱的负磁化率的材料被认为是抗磁性性质如：水，铜，银和金。那些渗透率略大于自由空间的材料本身只是被磁场轻微吸引，据称其本质上是顺磁性，例如：气体，镁和钽。

电磁铁实施例No1

软铁芯的绝对磁导率为80毫亨/米（80.10 -3 ）。计算等效相对磁导率值。

当在铁芯中使用铁磁材料时，使用相对磁导率来定义场强可以更好地了解所用不同类型材料的磁场强度。例如，真空和空气的相对磁导率为1，铁芯的磁导率约为500，因此我们可以说铁芯的磁场强度比等效的空心线圈强500倍，这种关系很大比0.628×10 -3 H / m更容易理解，（500.4.π.10 -7 ）。

虽然空气的渗透率可能仅为1，但某些铁素体和坡莫合金材料的渗透率可达10,000或更高。然而，当磁通量增加时，随着磁芯变得严重饱和，可以从单个线圈获得的磁场强度量存在限制，这将在下一个关于BH曲线的教程中查看和滞后。