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螺线管(英文:solenoid)是个三维线圈。在物理学里,术语螺线管指的是多重卷绕的导线,卷绕内部可以是空心的,或者有一个金属芯。当有电流通过导线时,螺线管内部会产生均匀磁场。螺线管是很重要的元件·。很多物理实验的正确操作需要有均匀磁场。螺线管也可以用为电磁铁或电感器。

定义

工程学里,螺线管也指为一些转换器(transducer),将能量转换为直线运动。螺线管操作阀(solenoid valve)是一种综合原件,内中最重要的组件是机电螺线管。机电螺线管是一种机电原件,可以用来操作气控阀或液压阀螺线管开关是一种继电器,使用机电螺线管来操作电开关。例如,汽车的起动器螺线管是一种机电螺线管。

磁场

再思考回路c,根据安培定律,因为没有任何电流穿过回路c,所以,磁场沿着回路c的分量的线积分,又称为磁场绕着回路c的环流量,等于零。在螺线管内,因为对称性,磁场绕着回路c的径向部分的环流量等于零。但是,螺线管内轴向部分(z-轴方向)的环流量不等于零:朝着正z-轴方向,磁场绕着直线段1的环流量,与朝着负z-轴方向,磁场绕着直线段2的环流量,两个环流量相等。随着螺线管趋向于无限长,我们可以假设磁场不相依于z-坐标,在直线段1任意位置的磁场都相等。同样的,在直线段2任意位置的磁场都相等。所以,在直线段1任意位置的磁场等于直线段2任意位置的磁场。由于我们可以任意改变回路的尺寸,而得到答案仍旧不变,所以,唯一可能的解释,就是在螺线管内的磁场是个常数,不随位置的不同而改变。同样的论点可以用在回路a,所以,在螺线管外的磁场是个常数,不随位置的不同而改变。假设螺线管的管长趋向于无限长,则可以忽略边缘效应(fringe effect)。如右图,思考回路b,使用右手定则来寻找环绕着载流导线的磁场。假若我们将右手握住载流导线,大拇指指向电流方向,则其它手指会指向磁场的方向。对于一个管长很长的螺线管,磁场的径向部分都因为对称性而互相抵销。所以,只有z-分量不等于零。在螺线管内,磁场朝着正z-轴方向;在螺线管外,磁场朝着负z-轴方向。
通电螺线管的极性跟电流方向间的关系,可以用右手螺旋定则来判断。就是用右手握住螺线管,让四根手指弯曲且跟螺线管中电流的方向一致,则大拇指所指的那端就是螺线管的N极。注意:右手螺旋定则中所说的“电流的方向”是指螺线管中“电流的环绕方向”,右手四根手指的弯曲方向应跟电流的环绕方向一致。
再思考回路b。根据安培定律,磁场绕着回路b的环流量是我们可以直觉地表明,在螺线管外的磁场等于零。磁场线只以闭合回路的形式存在。它不能像电场线一样地从一点发散出来,或收敛于一点。假设螺线管内的磁场线的方向是朝上,则螺线管外的磁场线的方向是朝下。它们形成一条闭合回路。但是,外面的体积超大于里面的体积,外面的磁场线密度超低。在无限远位置,磁场线密度等于零,磁场等于零。回想到外面的磁场是个常数,因此,外面的磁场也等于零。总结,随着螺线管趋向于无限长,外面的磁场趋向于零。
B h = μ0 n i h;其中, B是磁场, h是回路b的轴向长度,μ0是真空磁导率n是单位长度的线圈数, i是电流。
所以,磁场是
B = μ0 n i。这个方程只对空心的螺线管有效。假设,螺线管内中含有金属芯(例如铁芯),则虽然其它参数不变,磁场的大小会有所改变。用方程表达
B = μ0μ r n i;其中,μ r是金属芯的相对磁导率(relative permeability)。
磁场又可以用金属芯的磁导率μ = μ0μ r来表达为
B = μ n i
机电螺线管
机电螺线管常见于电子弹珠台点阵式打印机、燃料喷射装置等等。机电螺线管是由电磁感应线圈,卷绕于可移动的不锈钢或铁材质的电枢(armature)外面,所组成的机电原件。当感应线圈乘载电流时,会有磁场产生,感应线圈变成一个电磁铁,吸引或排斥电枢,造成电枢的移动。这机制所给出的机械力可以用来操控其它机械(像气控阀或液压阀)。机电螺线管给出的是近距离作用力;对于远距离,作用力会显得微弱。由于可以用控制电路直接控制,机电螺线管的反应时间非常快速。

螺线管气控阀

螺线管气控阀是一种开关,运送空气给气控原件。后者通常是某种致动器。螺线管是由一个小尺寸线性螺线管与一个平衡的,易移动的金属芯组成的。螺线管可以控制金属芯的位置,引导气体流往正确的进气口。这共同组成的气阀,使得小量的电流施加于螺线管,就能够引导高气压的气体,通常高至100 psi(7 bar, 0.7 MPa, 0.7 MN/m2)。有些螺线管的操作规格远超过这气压。
螺线管气控阀的操作原理就好像晶体管,允许使用少量的讯号来控制很大的元件。它也是电子控制器和气控系统之间的接口元件。

螺线管液压阀

一般而言,螺线管液压阀的运作原理类似于螺线管气控阀。主要的不同处是,螺线管液压阀控制液压油的流动,液压通常大约为3000 psi(210 bar, 21 MPa, 21 MN/m2)。在航空制造业里,液压机械使用螺线管来操控液压油的流动致动器,给予致动器足够的力量来弯曲金属板。
螺线管操控的阀门常常用于农业灌溉系统。在这里,使用相当便宜的小尺寸螺线管来开启或关闭一个小前向导阀,让少量的水施加液压于活塞。后者机械地耦合于主阀门,有足够的力量来开关主阀门。
变速器螺线管(transmission solenoid)依赖机电作用力来调整液压油流过自动变速器的流量。离合器螺线管通常装设于变速器的阀体内部。

汽车起动器螺线管

在汽车内,起动器螺线管(starter solenoid)是汽车起动器(starter)系统的一部分,又称为 起动继电器。当驾驶者转动钥匙来发动汽车时,车子的电池送出一小股电流到起动器螺线管,关闭一对重形接触。这动作允许电池送出一大股电流到汽车的起动器马达,供给马达的起动。

相关结构

螺线管 solenoid
真核细胞染色质包装的二级结构。有组蛋白H1存在时,直径10nm的核小体串珠结构螺旋盘绕,形成外径30nm、内径10nm、螺距11nm的一种染色质结构;螺旋的每圈有6个核小体,组蛋白H1对这一结构的稳定起重要作用。(图)
电磁学
(也叫线圈 coil)
由导线均匀绕成的圆筒形线圈,其长度远大于其直径直流电通过导线时产生磁场,把插棒式铁心吸进螺线管中;插棒式铁心的运动常用于驱动开关、继电器或其他装置。
螺线管的磁性大小与线圈匝数,线管粗细,铁心有无,铁心粗细,线圈疏密,铁心材料,通过电流大小,线圈材料,电压大小有关.
通电螺线管的极性跟电流方向的关系,可以用安培定则来判定:用右手握螺线管,让四指指向螺线管中电流方向,则大拇指所指的那端就是螺线管的N极
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- 来自原声例句
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