蹄形磁鐵簡介

蹄形磁鐵，磁鐵的一種。其形狀類似于馬蹄形，因而稱之為蹄形磁鐵，它的形狀也像英文字母U，又叫U形磁鐵。

用途

蹄形磁鐵廣泛用于物理學(xué)教學(xué)中。在生活中也同樣存在。

磁場分布（如圖1）：北出南進(jìn)。2100433B

本儀器包括永磁式旋轉(zhuǎn)磁場和電磁式旋轉(zhuǎn)磁場、磁針、鋁框和塑料框、鼠籠式轉(zhuǎn)子和支座等部分，見圖38－1。

蹄形磁鐵：用兩塊鐵氧體嵌在一個(gè)鐵制蹄形支架里構(gòu)成。鐵架總高100毫米，寬95毫米，厚25毫米。

電磁式旋轉(zhuǎn)磁場：由間隔互為120°的三個(gè)線圈構(gòu)成，每個(gè)線圈分別用直徑0．21毫米的高強(qiáng)度漆包線繞400匝，并分別用黃、綠、紅三色調(diào)絲帶捆扎牢固。三個(gè)線圈按星形（Y）接法連接好。

磁針：為翼形，長40毫米，中間裝嵌玻璃軸眼。

鋁框和塑料框：鋁框用厚0．5毫米鋁板圍成，長40毫米，高60毫米，寬7毫米。塑料框的尺寸與鋁框完全一樣。

鼠籠：由0．5毫米厚的鋁板沖制成籠狀，其直徑35毫米，高40毫米。

在一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的蹄形磁鐵門，放一可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁框（或鼠籠）。當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)形成一旋轉(zhuǎn)的磁場，它的磁力線就切割鍋框（或鼠籠），由于鋁框?yàn)殚]合導(dǎo)體，因而在鋁框中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢。據(jù)右手定則可知，鋁框（成鼠籠）一邊感生電流的方向垂直紙面遠(yuǎn)離讀者。另一邊感生電流的方向垂直紙面指向讀者，用⊙表示，見圖38－2。根據(jù)左手定則可知，鋁框（或鼠籠）中感生電流所受磁場作用力的方向，是大小相等而方向相反，從而形成一個(gè)

轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使鋁框（或鼠籠）與蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)方向同向轉(zhuǎn)動(dòng)。

將蹄形磁鐵換成三個(gè)互成120°的線圈，當(dāng)通入三相電流時(shí)，在線圈中間產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋁框（或鼠籠）切割磁力線也產(chǎn)生感生電流，從而形成轉(zhuǎn)動(dòng)力矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

旋轉(zhuǎn)磁場的演示

在永磁式旋轉(zhuǎn)磁場演示器中間，放入支座，把磁針架在支座上，使其能自由旋轉(zhuǎn)。然后用手捻動(dòng)磁鐵，使磁鐵旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，磁針也跟著旋轉(zhuǎn)起來。說明磁針在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下能夠發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。再用電磁式旋轉(zhuǎn)磁場演示器作此實(shí)驗(yàn)，把它和三相交流發(fā)電機(jī)連接起來，當(dāng)發(fā)電機(jī)工作時(shí)，可以看到置于線圈中間的磁針也旋轉(zhuǎn)起來，說明當(dāng)線圈中通入三相交流電時(shí)，在三個(gè)線圈包圍的空間同樣建立起一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。

使用電磁式旋轉(zhuǎn)磁場演示器，把鋁框放在支座上，當(dāng)在線圈中通入三相交流電時(shí)，鋁框隨即旋轉(zhuǎn)起來。這是因?yàn)楫?dāng)鋁框處于旋轉(zhuǎn)磁場中時(shí)，鋁框的兩條豎邊作切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)右手定則，鋁框中產(chǎn)生環(huán)形的感生電流，這個(gè)感生電流又受到磁場的作用，再根據(jù)左手定則，鋁框?qū)⑹艿揭粋€(gè)力偶的作用，因而使它轉(zhuǎn)動(dòng)起來，并且鋁框的旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致。從上面的分析可知，只有當(dāng)鋁框比磁場轉(zhuǎn)得慢，它們之間才有相對運(yùn)動(dòng)，鋁框才切割磁力線產(chǎn)生感生電流而受力旋轉(zhuǎn)。所以鋁框的旋轉(zhuǎn)速度總是滯后于磁場的旋轉(zhuǎn)速度。這種現(xiàn)象叫異步，根據(jù)上述原理制造的電動(dòng)機(jī)，稱為三相異步電動(dòng)機(jī)，也叫三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

塑料框是為了消除學(xué)生不必要的疑慮而設(shè)置的，可以與鋁框作對比實(shí)驗(yàn)，用來鞏固上述的分析。

鼠籠可以看作是許多個(gè)鋁框圍繞中心軸排列在一起組成的，演示效果與鋁框一樣，為進(jìn)一步說明三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造打下基礎(chǔ)。