电磁铁的原理及运用
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電磁鐵的原理及運用
《臺中市賴厝國小~自然新視界》
電磁鐵的由來
•1820年，丹麥人厄司特（Hans Christian Oersted, 1777-1851）所發現的電流磁效應，顯示了電與磁的 關聯性。此後，許多科學家便試圖尋找由磁產生電 的逆效應。1821年，英國大科學家法拉第（Michael Faraday，1791-1867）也在其筆記中，提醒自己應 探討如何「把磁變成電」。
揚聲器-2
• 揚聲器同時運用了電磁鐵和永久磁鐵 (圖二)。假設現在要播放 C 調 (頻率為 256 Hz，即每秒振動256次)，唱機就會 輸出256 Hz的交流電，換句話說，在一 秒鐘內電流的方向會改變 256 次。每一 次電流改變方向時，電磁鐵上的線圈所 產生的磁場方向也會隨著改變。我們都 知道，磁力是「同極相拒，異極相吸」 的，線圈的磁極不停地改變，與永久磁 鐵一時相吸，一時相斥，產生了每秒鐘 256次的振動。線圈與一個薄膜相連，當 薄膜與線圈一起振動時，便會推動了周 圍的空氣。振動的空氣，不就是聲音嗎？ 這就是揚聲器的運作原理了。
也因此，電磁鐵在實驗室及生活應用上都 相當重要，像電動機、發電機、起重機等， 都運用到電磁鐵。
電磁鐵的原理
•當直流電通過導體時會產生磁場，若使直流電通 過由導體構成的線圈則會產生具方向性的磁場。 但是單純由直流電和線圈所構成磁場不夠集中而 導致產生的磁力不夠，因此會在線圈的中心加入 一磁性物質以達到集中磁場的效果。
磁浮火車-1
• 要以最快的速度從一個地方 去到數百公里，甚至數千公 里以外的地方，一般人都會 選擇乘搭飛機。可是，在不 久的將來，一種新的交通工 具將會帶領人們以高速於城 市之間穿梭。 目前為止，一般的子彈火車 能以 200 km/h 的速度前進。 由於火車與路軌之間的磨擦 力限制了火車的最高速度， 所以人們便開始研究能懸浮 於路軌之上的火車，於是便 有磁浮火車的出現了。
電磁鐵日常生活中用途產品如下:
• (5)光碟機的雷射讀取頭: 光碟機，CD撥放機等等使用光碟的設備，裡面會有一個雷 射讀取頭。在雷射讀取頭上的透境必須使用電磁鐵來控制 和光碟之間的距離，這樣才能讀取正確的資料. (6)變壓器 電磁鐵除了可以將電轉換成磁力，還可以將磁力的變化轉 換成電力。在同一根鐵心上，用兩組線圈做兩個電磁鐵， 其中一個輸入交流電(電流方向會不斷變化的電)，另一組 電磁鐵的兩端就會有電壓輸出。輸出電壓的大小與線圈圈 數有關，圈數越多，電壓越高。利用這樣的原理可以製造 提高或降低電壓的各種變壓器。
在電流磁效應被發現後不久，大約在1825年，英國 人斯特金（William Sturgeon, 1783-1850）將通有 電流的金屬線纏繞在絕緣的鐵棒上，發明了電磁鐵。 電磁鐵通電時便有磁性，不通電就沒有磁性，方便 我們運用。
電磁鐵和一般永久磁鐵的差別
•電磁鐵和一般永久磁鐵最大的差別，是電 磁鐵可以藉由改變通過線圈的電流大小及 線圈的匝數來控制磁性的大小，而一般磁 鐵的磁性則是固定的。
• 離載流導線愈遠,所生的磁場強度愈弱
• (所謂磁場方向即為磁針N極在磁場中 的受力方向,亦為磁針N極在磁場中所 指的方向)即： 磁場方向=Ｎ極受力方向=Ｎ極所指方 向
源自文库
螺旋右手定則
• 如右圖所示為一載流螺線形導線 • 四指纏繞的方向為電流纏繞方向,則姆指所指方 向則為感應磁場方向
電磁鐵日常生活中用途產品如下:
•一般而言，電磁鐵所產生的磁場強度和直流電大 小、線圈圈數及中心的導磁物質有關，在設計電 磁鐵時會注重線圈的分佈和導鐵物質的選擇，並 利用直流電的大小來控制磁場強度。然而線圈的 材料具有電阻而限制了電磁鐵所能產生的磁場大 小，但隨著超導體的發現與應用將有機會突破現 有的限制
安培右手定則
• 如右圖所示,一載流長直導線,若電流 為由下而上,則產生環狀磁場 • 以右手握住載流導線,姆指指向電流方 向,則餘四指纏繞方向為感應磁場方向 • 由上往下看為逆時針方向 • 在任一點的感應磁場方向為其切線方 向
磁浮火車-2
• 顧名思義，磁浮火車是利用磁力使火車 懸浮於路軌之上。磁浮火車經常被稱為 MagLev，即 Magnetically Levitated train 的簡寫。但是，利用一般的磁鐵 並不能把火車穩定地浮起。要是你將兩 塊磁鐵的北極相對，你會發現無法使一 塊磁鐵穩定地浮在另一塊上 (圖一)。 所以，要把火車浮起並不如想像中般簡 單。
利用電磁鐵原理還有:電風扇、吸塵器、電鈴、吹風機、抽 水機、洗衣機、果汁機、攪拌機、電冰箱、冷氣機、割草 機廢鐵工廠常用電磁鐵起重機... 等等。
揚聲器-1
• 揚聲器應用了電磁鐵來把 電流轉化為聲音 (圖一)。 原來，電流與磁力有很密 切的關係。試試把銅線繞 在長鐵釘上，然後再接上 小電池，你會發現鐵釘可 以把萬字夾吸起。當電流 通過線圈時會產生磁場， 磁場的方向就由右手法則 來決定。
電鈴
• 電鈴的構造圖如左,其包含 幾個主要之設計 (1)電磁鐵 (2)彈簧片(如圖之粉紅色部 份) • 當電路為通路時 →因電生磁而感應產生磁場 →吸引鈴錘擊鈴 →成斷路狀態(電磁鐵失去 磁性) →因簧片彈力,使鈴錘彈回 →電路又成通路 →如上重複,故產生連續鈴 聲
無熔絲開關
• 無熔絲開關可在家中的電源總 開關處看到(取代舊有的保險絲) • 其功用在於當用電過量時,此開 關會自動切斷電源,以保安全 • 其不同於保險絲處在於不需更 換(當開關自動切斷時,只要再 將其扳上即可,,,不過....... 想一想會如何?) • 你能不能由圖看出,電磁鐵在那 裏呢(應該很容易看出來的) • 你能看出無熔絲開關的自動開 關原理嗎?(機關頗為複雜哦!)
•(1)電鈴、電動機（馬達）、電話等，都有利用電 磁鐵產生動作。
(2)錄音帶可以把聲音錄下來，電腦的硬碟可以把 資料記錄下來，這些都是利用磁頭的電磁鐵改變 錄音帶和磁碟上磁性物質的性質而達到這些效果 的.
(3)電腦硬碟的磁頭和磁碟。
(4)喇叭能發出聲音，是因為裡面的線電磁鐵通電 後，和外圈的磁鐵不斷互相吸引和排斥，就會造 成震動，然後發出聲音.
《臺中市賴厝國小~自然新視界》
電磁鐵的由來
•1820年，丹麥人厄司特（Hans Christian Oersted, 1777-1851）所發現的電流磁效應，顯示了電與磁的 關聯性。此後，許多科學家便試圖尋找由磁產生電 的逆效應。1821年，英國大科學家法拉第（Michael Faraday，1791-1867）也在其筆記中，提醒自己應 探討如何「把磁變成電」。
揚聲器-2
• 揚聲器同時運用了電磁鐵和永久磁鐵 (圖二)。假設現在要播放 C 調 (頻率為 256 Hz，即每秒振動256次)，唱機就會 輸出256 Hz的交流電，換句話說，在一 秒鐘內電流的方向會改變 256 次。每一 次電流改變方向時，電磁鐵上的線圈所 產生的磁場方向也會隨著改變。我們都 知道，磁力是「同極相拒，異極相吸」 的，線圈的磁極不停地改變，與永久磁 鐵一時相吸，一時相斥，產生了每秒鐘 256次的振動。線圈與一個薄膜相連，當 薄膜與線圈一起振動時，便會推動了周 圍的空氣。振動的空氣，不就是聲音嗎？ 這就是揚聲器的運作原理了。
也因此，電磁鐵在實驗室及生活應用上都 相當重要，像電動機、發電機、起重機等， 都運用到電磁鐵。
電磁鐵的原理
•當直流電通過導體時會產生磁場，若使直流電通 過由導體構成的線圈則會產生具方向性的磁場。 但是單純由直流電和線圈所構成磁場不夠集中而 導致產生的磁力不夠，因此會在線圈的中心加入 一磁性物質以達到集中磁場的效果。
磁浮火車-1
• 要以最快的速度從一個地方 去到數百公里，甚至數千公 里以外的地方，一般人都會 選擇乘搭飛機。可是，在不 久的將來，一種新的交通工 具將會帶領人們以高速於城 市之間穿梭。 目前為止，一般的子彈火車 能以 200 km/h 的速度前進。 由於火車與路軌之間的磨擦 力限制了火車的最高速度， 所以人們便開始研究能懸浮 於路軌之上的火車，於是便 有磁浮火車的出現了。
電磁鐵日常生活中用途產品如下:
• (5)光碟機的雷射讀取頭: 光碟機，CD撥放機等等使用光碟的設備，裡面會有一個雷 射讀取頭。在雷射讀取頭上的透境必須使用電磁鐵來控制 和光碟之間的距離，這樣才能讀取正確的資料. (6)變壓器 電磁鐵除了可以將電轉換成磁力，還可以將磁力的變化轉 換成電力。在同一根鐵心上，用兩組線圈做兩個電磁鐵， 其中一個輸入交流電(電流方向會不斷變化的電)，另一組 電磁鐵的兩端就會有電壓輸出。輸出電壓的大小與線圈圈 數有關，圈數越多，電壓越高。利用這樣的原理可以製造 提高或降低電壓的各種變壓器。
在電流磁效應被發現後不久，大約在1825年，英國 人斯特金（William Sturgeon, 1783-1850）將通有 電流的金屬線纏繞在絕緣的鐵棒上，發明了電磁鐵。 電磁鐵通電時便有磁性，不通電就沒有磁性，方便 我們運用。
電磁鐵和一般永久磁鐵的差別
•電磁鐵和一般永久磁鐵最大的差別，是電 磁鐵可以藉由改變通過線圈的電流大小及 線圈的匝數來控制磁性的大小，而一般磁 鐵的磁性則是固定的。
• 離載流導線愈遠,所生的磁場強度愈弱
• (所謂磁場方向即為磁針N極在磁場中 的受力方向,亦為磁針N極在磁場中所 指的方向)即： 磁場方向=Ｎ極受力方向=Ｎ極所指方 向
源自文库
螺旋右手定則
• 如右圖所示為一載流螺線形導線 • 四指纏繞的方向為電流纏繞方向,則姆指所指方 向則為感應磁場方向
電磁鐵日常生活中用途產品如下:
•一般而言，電磁鐵所產生的磁場強度和直流電大 小、線圈圈數及中心的導磁物質有關，在設計電 磁鐵時會注重線圈的分佈和導鐵物質的選擇，並 利用直流電的大小來控制磁場強度。然而線圈的 材料具有電阻而限制了電磁鐵所能產生的磁場大 小，但隨著超導體的發現與應用將有機會突破現 有的限制
安培右手定則
• 如右圖所示,一載流長直導線,若電流 為由下而上,則產生環狀磁場 • 以右手握住載流導線,姆指指向電流方 向,則餘四指纏繞方向為感應磁場方向 • 由上往下看為逆時針方向 • 在任一點的感應磁場方向為其切線方 向
磁浮火車-2
• 顧名思義，磁浮火車是利用磁力使火車 懸浮於路軌之上。磁浮火車經常被稱為 MagLev，即 Magnetically Levitated train 的簡寫。但是，利用一般的磁鐵 並不能把火車穩定地浮起。要是你將兩 塊磁鐵的北極相對，你會發現無法使一 塊磁鐵穩定地浮在另一塊上 (圖一)。 所以，要把火車浮起並不如想像中般簡 單。
利用電磁鐵原理還有:電風扇、吸塵器、電鈴、吹風機、抽 水機、洗衣機、果汁機、攪拌機、電冰箱、冷氣機、割草 機廢鐵工廠常用電磁鐵起重機... 等等。
揚聲器-1
• 揚聲器應用了電磁鐵來把 電流轉化為聲音 (圖一)。 原來，電流與磁力有很密 切的關係。試試把銅線繞 在長鐵釘上，然後再接上 小電池，你會發現鐵釘可 以把萬字夾吸起。當電流 通過線圈時會產生磁場， 磁場的方向就由右手法則 來決定。
電鈴
• 電鈴的構造圖如左,其包含 幾個主要之設計 (1)電磁鐵 (2)彈簧片(如圖之粉紅色部 份) • 當電路為通路時 →因電生磁而感應產生磁場 →吸引鈴錘擊鈴 →成斷路狀態(電磁鐵失去 磁性) →因簧片彈力,使鈴錘彈回 →電路又成通路 →如上重複,故產生連續鈴 聲
無熔絲開關
• 無熔絲開關可在家中的電源總 開關處看到(取代舊有的保險絲) • 其功用在於當用電過量時,此開 關會自動切斷電源,以保安全 • 其不同於保險絲處在於不需更 換(當開關自動切斷時,只要再 將其扳上即可,,,不過....... 想一想會如何?) • 你能不能由圖看出,電磁鐵在那 裏呢(應該很容易看出來的) • 你能看出無熔絲開關的自動開 關原理嗎?(機關頗為複雜哦!)
•(1)電鈴、電動機（馬達）、電話等，都有利用電 磁鐵產生動作。
(2)錄音帶可以把聲音錄下來，電腦的硬碟可以把 資料記錄下來，這些都是利用磁頭的電磁鐵改變 錄音帶和磁碟上磁性物質的性質而達到這些效果 的.
(3)電腦硬碟的磁頭和磁碟。
(4)喇叭能發出聲音，是因為裡面的線電磁鐵通電 後，和外圈的磁鐵不斷互相吸引和排斥，就會造 成震動，然後發出聲音.