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  • 1 # 使用者114543070815

    這個問題具有普遍性。

    我們來看下圖:

    對於題主來說,他用的鐵芯是直的鐵釘,並且線圈也只有一組。

    當我們給線圈通電後,線圈中有電流流過,由右手螺旋定則,我們知道鐵芯中就會產生磁通,並且產生電磁吸力。

    我們來看與此問題相關的幾個公式:

    第一個公式叫做基爾霍夫磁路第二定律: 。基爾霍夫磁路第二定律告訴我們,氣隙磁通和主磁通產生的原因是電磁線圈中的電流I,以及電磁線圈匝數N,且與兩者的乘積有關。我們把IN叫做磁通勢。

    第二個公式是以一位偉大的物理學家命名的,也即麥克斯韋電磁吸力公式: 。由電磁吸力公式,我們看到,電磁吸力與鐵磁體的截面積成正比,與磁感應強度B的平方成正比。

    有了這些知識,我們就可以分析問題了。我們來看下圖:

    題主按左上圖接好線路,合上開關K,電流流過線圈。由於線圈匝數N不夠,線圈的直流電阻很小,因此電流比較大,也即IN磁動勢比較大,於是線圈產生的磁感應強度B也比較大。依據麥克斯韋電磁吸力公式,我們知曉此時線圈當然會產生一定的電磁吸力。

    然而,電池無法提高如此之大的電流。電流流過電源的等效內阻r,r產生的熱量 很大,所以電池就會劇烈發熱。

    題主又按右下圖接好線路,圖中看到串入一隻燈泡HL。由於燈泡的接入,使得電流I急劇減小,磁動勢IN也急劇減小。當合上開關K後,線圈產生了磁感應強度B,但B的值很小,由麥克斯韋電磁吸力公式可知電磁吸力非常弱,這是必然的。

    題主的這個實驗我在初一時做過,也是直接把線圈繞在鐵釘上。第一次線圈繞的很少,通電後不但電池發熱,連漆包線都發熱發紅而燒掉了;第二次就繞了很多圈,通電後電池微熱,鐵釘能吸起一些圖釘之類的小物件;第三次圈數取中值,但前面串聯了一個變阻器。接通電池後,調節可變電阻,使得電池略微發熱,且鐵釘能吸取圖釘,線圈的發熱也合適,取得較好的效果。

    對於男生來說,初一是思想和動手能力突飛猛進的時期。我很讚賞題主的實驗,這就是我們認識電磁現象的必由之路呀。

    ==========================

    題主的問題中,有一個常見的名詞——短路,我想專門來解釋一下:

    我們看下圖:

    從左圖看,電阻R兩端的電壓或者路端電壓為:

    r是電池內阻,並且r相比起R來,顯得很小,也即r/R近乎為零,因此有: 。

    現在發生了短路,我們設短路點的電阻為Rk,且Rk遠小於R。我們看到,路端電壓與電源內阻和短路線路電阻Rk的比值有關。

    對於電池,由於它的內阻比較大,因此發生短路時,儘管電流會加大,但外部路端電壓也會下降很多,見右下圖。

    對於配電網,由於電源內阻遠遠小於短路電阻Rk,所以短路後電源電壓下降不多。也因此,配電網上的短路事故,會因為發熱造成很嚴重的電氣火災事故。

    配電網規定,電源內阻r小於短路電阻的1/50,於是r/Rk=0.02。代入到上式中,我們發現短路後的電壓為:

    也就是說,對於配電網來說,短路後它的電壓基本不變。原先的電壓是220V,短路後依然是220V。

    這就是配電網短路事故與電池短路的本質區別。

    另外,短路電流中有周期分量和非週期分量。由於離題太遠了,此處忽略。

    所以,短路並非只是單純性的電流變大,而是一個過程,裡面有許多電學知識。

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