可以通過(guò)將線圈繞在軟鐵芯（如大釘子）上來(lái)創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的電磁鐵

電磁鐵是一種臨時(shí)磁鐵，其磁場(chǎng)由電流產(chǎn)生，并且為了集中磁場(chǎng)，電磁鐵的導(dǎo)線被繞成線圈。

我們現(xiàn)在從之前的教程中知道，一個(gè)直的載流導(dǎo)體在其長(zhǎng)度上的所有點(diǎn)周?chē)紩?huì)產(chǎn)生一個(gè)圓形磁場(chǎng)，并且這個(gè)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向取決于通過(guò)導(dǎo)體的電流方向，即左手定則。

在關(guān)于電磁學(xué)的最后一個(gè)教程中，我們看到，如果我們將導(dǎo)體彎曲成一個(gè)單環(huán)，電流將通過(guò)環(huán)在相反方向上流動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)針場(chǎng)和一個(gè)逆時(shí)針場(chǎng)。電磁鐵利用這一原理，通過(guò)將幾個(gè)單獨(dú)的環(huán)磁性地連接在一起，形成一個(gè)線圈。

電磁鐵基本上是線圈，當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，它們表現(xiàn)得像條形磁鐵，具有明顯的北極和南極。每個(gè)單獨(dú)的線圈環(huán)產(chǎn)生的靜態(tài)磁場(chǎng)與其相鄰的環(huán)相加，組合的磁場(chǎng)像我們?cè)谏弦粋€(gè)教程中看到的單環(huán)一樣集中在線圈的中心。產(chǎn)生的靜態(tài)磁場(chǎng)在一端有一個(gè)北極，在另一端有一個(gè)南極，是均勻的，并且在線圈的中心比外部強(qiáng)得多。

電磁鐵周?chē)牧€

電磁線圈

產(chǎn)生的磁場(chǎng)以條形磁鐵的形式拉伸，給出一個(gè)獨(dú)特的北極和南極，磁通量與線圈中流動(dòng)的電流量成正比。如果在同一線圈上繞上額外的導(dǎo)線層，并且相同的電流流動(dòng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度將會(huì)增加。

因此可以看出，在任何給定的磁路中可用的磁通量與通過(guò)它的電流和線圈中的導(dǎo)線匝數(shù)成正比。這種關(guān)系被稱(chēng)為磁動(dòng)勢(shì)或m.m.f.，定義為：

磁動(dòng)勢(shì)方程

磁動(dòng)勢(shì)表示為電流I通過(guò)N匝線圈。因此，電磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度由線圈的安培匝數(shù)決定，線圈中的導(dǎo)線匝數(shù)越多，磁場(chǎng)強(qiáng)度越大。

電磁鐵的磁強(qiáng)度

我們現(xiàn)在知道，當(dāng)兩個(gè)相鄰的導(dǎo)體載流時(shí)，根據(jù)電流流動(dòng)的方向建立磁場(chǎng)。這兩個(gè)場(chǎng)的相互作用使得兩個(gè)導(dǎo)體受到機(jī)械力。

當(dāng)電流在同一方向上流動(dòng)（線圈的同一側(cè)）時(shí)，兩個(gè)導(dǎo)體之間的場(chǎng)較弱，導(dǎo)致吸引力，如上圖所示。同樣，當(dāng)電流在相反方向上流動(dòng)時(shí)，它們之間的場(chǎng)變得更強(qiáng)，導(dǎo)體被排斥。

導(dǎo)體周?chē)膱?chǎng)強(qiáng)度與距離成正比，最強(qiáng)的點(diǎn)在導(dǎo)體旁邊，離導(dǎo)體越遠(yuǎn)越弱。在單個(gè)直導(dǎo)體的情況下，流動(dòng)的電流和距離是決定場(chǎng)強(qiáng)度的因素。

因此，計(jì)算“磁場(chǎng)強(qiáng)度”H（有時(shí)稱(chēng)為“磁化力”）的公式是從通過(guò)它的電流和距離推導(dǎo)出來(lái)的。

電磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度

電磁鐵的磁化力

其中：

H – 是磁場(chǎng)強(qiáng)度，單位為安培-匝/米，At/m

N – 是線圈的匝數(shù)

I – 是通過(guò)線圈的電流，單位為安培，A

L – 是線圈的長(zhǎng)度，單位為米，m

總結(jié)一下，線圈磁場(chǎng)的強(qiáng)度或強(qiáng)度取決于以下因素。

線圈中導(dǎo)線的匝數(shù)。

線圈中流動(dòng)的電流量。

核心材料的類(lèi)型。

電磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度還取決于所使用的核心材料類(lèi)型，因?yàn)楹诵牡闹饕康氖菍⒋磐考性谝粋€(gè)明確且可預(yù)測(cè)的路徑中。到目前為止，只考慮了空氣核心（空心）線圈，但在核心（線圈的中心）中引入其他材料對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度有很大的控制作用。

電磁鐵

使用釘子的電磁鐵

如果材料是非磁性的，例如木材，為了計(jì)算目的，可以將其視為自由空間，因?yàn)樗鼈兙哂蟹浅５偷拇艑?dǎo)率值。然而，如果核心材料是由鐵磁材料（如鐵、鎳、鈷或它們的合金混合物）制成的，將會(huì)觀察到線圈周?chē)拇磐棵芏鹊娘@著差異。

鐵磁材料是那些可以被磁化的材料，通常由軟鐵、鋼或各種鎳合金制成。將這種類(lèi)型的材料引入磁路中，具有集中磁通量的效果，使其更集中和密集，并放大線圈中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。

我們可以通過(guò)將一段導(dǎo)線繞在一個(gè)大軟鐵釘上并連接到電池來(lái)證明這一點(diǎn)，如圖所示。這個(gè)簡(jiǎn)單的課堂實(shí)驗(yàn)允許我們拾取大量的夾子或別針，并且我們可以通過(guò)在線圈上增加更多的匝數(shù)來(lái)使電磁鐵更強(qiáng)。這種磁場(chǎng)強(qiáng)度的程度，無(wú)論是通過(guò)空心空氣核心還是通過(guò)將鐵磁材料引入核心，被稱(chēng)為磁導(dǎo)率。

電磁鐵的磁導(dǎo)率

如果在電磁鐵中使用具有相同物理尺寸的不同材料的核心，磁鐵的強(qiáng)度將根據(jù)所使用的核心材料而變化。這種磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化是由于通過(guò)中心核心的磁通量線的數(shù)量。如果磁性材料具有高磁導(dǎo)率，那么磁通量線可以很容易地產(chǎn)生并通過(guò)中心核心，磁導(dǎo)率（μ）是核心被磁化的容易程度的度量。

真空的磁導(dǎo)率的數(shù)值常數(shù)給出為：μo = 4.π.10-7 H/m，自由空間（真空）的相對(duì)磁導(dǎo)率通常給定值為一。這個(gè)值在所有涉及磁導(dǎo)率的計(jì)算中用作參考，所有材料都有其特定的磁導(dǎo)率值。

僅使用不同鐵、鋼或合金核心的磁導(dǎo)率的問(wèn)題是，涉及的計(jì)算可能變得非常大，因此更方便通過(guò)它們的相對(duì)磁導(dǎo)率來(lái)定義材料。

相對(duì)磁導(dǎo)率，符號(hào)μr是μ（絕對(duì)磁導(dǎo)率）和μo自由空間的磁導(dǎo)率的乘積，給出為。

相對(duì)磁導(dǎo)率

相對(duì)磁導(dǎo)率方程

磁導(dǎo)率略低于自由空間（真空）并且對(duì)磁場(chǎng)具有弱負(fù)磁化率的材料被稱(chēng)為抗磁性材料，例如：水、銅、銀和金。那些磁導(dǎo)率略高于自由空間并且本身僅被磁場(chǎng)輕微吸引的材料被稱(chēng)為順磁性材料，例如：氣體、鎂和鉭。

電磁鐵示例No1

軟鐵芯的絕對(duì)磁導(dǎo)率給出為80毫亨/米（80.10-3）。計(jì)算等效的相對(duì)磁導(dǎo)率值。

相對(duì)磁導(dǎo)率

當(dāng)鐵磁材料用于核心時(shí)，使用相對(duì)磁導(dǎo)率來(lái)定義場(chǎng)強(qiáng)度可以更好地了解所使用的不同類(lèi)型材料的磁場(chǎng)強(qiáng)度。例如，真空和空氣的相對(duì)磁導(dǎo)率為一，而鐵芯的相對(duì)磁導(dǎo)率約為500，因此我們可以說(shuō)鐵芯的場(chǎng)強(qiáng)度比等效的空心空氣線圈強(qiáng)500倍，這種關(guān)系比0.628×10-3 H/m（500.4.π.10-7）更容易理解。

雖然空氣的磁導(dǎo)率可能只有一，但一些鐵氧體和坡莫合金材料的磁導(dǎo)率可以達(dá)到10,000或更多。然而，單個(gè)線圈可以獲得的磁場(chǎng)強(qiáng)度有限，因?yàn)殡S著磁通量的增加，核心會(huì)變得嚴(yán)重飽和，這將在下一個(gè)關(guān)于B-H曲線和磁滯的教程中討論。