將一根包有絕緣層的導(dǎo)線繞在鐵釘上,刮去導(dǎo)線兩端的絕緣層后,連接到干電池的正負(fù)極上,一個(gè)簡易的電磁鐵就誕生了。接通電源后,鐵釘會(huì)立即表現(xiàn)出一個(gè)關(guān)鍵特性:它會(huì)被磁化,從而能夠吸引鐵、鈷、鎳等鐵磁性物質(zhì),如小鐵釘、曲別針等。
這個(gè)現(xiàn)象背后的科學(xué)原理是電流的磁效應(yīng),即通電導(dǎo)線周圍會(huì)產(chǎn)生磁場。當(dāng)絕緣導(dǎo)線(確保電流沿預(yù)定路徑流動(dòng),避免短路)緊密地纏繞在鐵釘上時(shí),導(dǎo)線中通過的電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)環(huán)繞導(dǎo)線的環(huán)形磁場。由于鐵釘是由鐵磁材料制成的,它內(nèi)部原本雜亂無章的大量微小磁疇(可以理解為微小的磁鐵區(qū)域),在外加磁場的作用下,會(huì)迅速沿著磁場方向排列一致,從而使整個(gè)鐵釘被強(qiáng)烈磁化,成為一個(gè)暫時(shí)性的磁體,即電磁鐵。
其核心過程與結(jié)果可以概括為:
值得注意的是,這個(gè)電磁鐵的磁性是“電控”的。一旦斷開電路,電流消失,磁場也隨之消失,鐵釘內(nèi)部的磁疇大多會(huì)恢復(fù)無序狀態(tài),其磁性便會(huì)顯著減弱或消失(會(huì)殘留少量剩磁)。增加線圈的匝數(shù)或提高電池電壓(增大電流),通常都能增強(qiáng)電磁鐵的磁力。
因此,把導(dǎo)線兩端刮去絕緣層并接通干電池后,鐵釘會(huì)被電流磁化,成為一個(gè)具有吸力的簡易電磁鐵。這個(gè)簡單實(shí)驗(yàn)生動(dòng)地展示了電能與磁能之間的相互轉(zhuǎn)化,是電磁學(xué)入門的一個(gè)經(jīng)典實(shí)踐。