螺線管 （英文：solenoid ）是個三維線圈 。在物理學 裏，術語螺線管 指的是多重捲繞的導線 ，捲繞內部可以是空心的，或者有一個金屬芯。當有電流 通過導線時，螺線管內部會產生均勻磁場 。螺線管是很重要的元件.。很多物理實驗的正確操作需要有均勻磁場。螺線管也可以用為電磁鐵 或電感器 。
在工程學 裏，螺線管也指為一些换能器 （transducer ），將能量轉換為直線運動。电磁阀 （solenoid valve ）是一種綜合原件，內中最重要的組件是機電螺線管 。機電螺線管是一種機電原件，可以用來操作氣控閥 或液壓閥 。螺線管開關 是一種繼電器 ，使用機電螺線管來操作電開關 。例如，汽車的起動器螺線管 是一種機電螺線管。
磁場
在這簡圖裏，螺線管以圓柱表面表示。電流i流動於螺線管的導線。a, b, c是三個用來計算磁場的安培閉合迴路。
假設螺線管的管長趨向於無限長，則可以忽略邊緣效應 （fringe effect ）。如右圖，思考迴路b，使用右手定則 來尋找環繞著載流導線 的磁場。假若將右手握住載流導線，大拇指指向電流方向，則其它手指會指向磁場的方向。對於一個管長很長的螺線管，磁場的徑向部分都因為對稱性 而互相抵銷。所以，只有z-分量不等於零。在螺線管內，磁場朝著正z-軸方向；在螺線管外，磁場朝著負z-軸方向。
再思考迴路c，根據安培定律 ，因為沒有任何電流穿過迴路c，所以，磁場沿著迴路c的分量的線積分，又稱為磁場繞著迴路c的環流量 ，等於零。在螺線管內，因為對稱性，磁場繞著迴路c的徑向部分的環流量等於零。但是，螺線管內軸向部分（z-軸方向）的環流量不等於零：朝著正z-軸方向，磁場繞著直線段1的環流量，與朝著負z-軸方向，磁場繞著直線段2的環流量，兩個環流量相等。隨著螺線管趨向於無限長，可以假設磁場跟z-坐標無關，在直線段1任意位置的磁場都相等。同樣的，在直線段2任意位置的磁場都相等。所以，在直線段1任意位置的磁場等於直線段2任意位置的磁場。由於可以任意改變迴路的尺寸，而得到答案仍舊不變，所以，唯一可能的解釋，就是在螺線管內的磁場是個常數，不隨位置的不同而改變。同樣的論點可以用在迴路a，所以，在螺線管外的磁場是個常數，不隨位置的不同而改變。
在螺線管外的磁場等於零。磁場線 只以閉合迴路的形式存在。它不能像電場線 一樣地從一點發散出來，或收斂於一點。假設螺線管內的磁場線的方向是朝上，則螺線管外的磁場線的方向是朝下。它們形成一條閉合迴路。但是，外面的體積超大於裏面的體積，外面的磁場線密度超低。在無限遠位置，磁場線密度等於零，磁場等於零。回想到外面的磁場是個常數，因此，外面的磁場也等於零。總結，隨著螺線管趨向於無限長，外面的磁場趨向於零。
再思考迴路b。根據安培定律，磁場繞著迴路b的環流量是
B h = μ 0 n i h {\displaystyle Bh=\mu _{0}nih} 其中， B {\displaystyle B} h {\displaystyle h} μ 0 {\displaystyle \mu _{0}} 真空磁導率 ， n {\displaystyle n} i {\displaystyle i}
所以，磁場是
B = μ 0 n i {\displaystyle B=\mu _{0}ni} 這個方程式只對空心的螺線管有效。假設，螺線管內中含有金屬芯（例如鐵芯），則雖然其它參數不變，磁場的大小會有所改變。用方程式表達
B = μ 0 μ r n i {\displaystyle B=\mu _{0}\mu _{r}ni} 其中， μ r {\displaystyle \mu _{r}} 相對磁導率 （relative permeability ）。
磁場又可以用金屬芯的磁導率 μ = μ 0 μ r {\displaystyle \mu =\mu _{0}\mu _{r}}
B = μ n i {\displaystyle B=\mu ni}
機電螺線管
一個在1920年代大批生產的螺線管，是機電引動器的重要零件。
機電螺線管是由電磁感應線圈，捲繞於可移動的不銹鋼 或鐵 材質的电枢 armature ）外面，所組成的機電原件。當感應線圈乘載電流時，會有磁場產生，感應線圈變成一個電磁鐵，吸引或排斥電樞，造成電樞的移動。這機制所給出的機械力可以用來操控其它機械（像氣控閥或液壓閥）。機電螺線管給出的是近距離作用力；對於遠距離，作用力會顯得微弱。由於可以用控制電路直接控制，機電螺線管的反應時間非常快速。
機電螺線管常見於電子彈珠台 、點陣式印表機 、燃料噴射裝置 等等。
螺線管氣控閥 螺線管氣控閥是一種開關，運送空氣給氣控原件。後者通常是某種致動器 。螺線管是由一個小尺寸線性螺線管與一個平衡的，易移動的金屬芯組成的。螺線管可以控制金屬芯的位置，引導氣體流往正確的進氣口。這共同組成的氣閥，使得小量的電流施加於螺線管，就能夠引導高氣壓的氣體，通常高至100 psi（7 bar, 0.7 MPa, 0.7 MN/m²）。有些螺線管的操作規格遠超過這氣壓。
螺線管氣控閥的操作原理就好像電晶體，允許使用少量的訊號來控制很大的元件。它也是電子控制器和氣控系統之間的介面元件。
螺線管液壓閥 一般而言，螺線管液壓閥的運作原理類似於螺線管氣控閥。主要的不同處是，螺線管液壓閥控制液壓油 的流動，液壓通常大約為3000 psi（210 bar, 21 MPa, 21 MN/m²）。在航空製造業裏，液壓機械 使用螺線管來操控液壓油的流動至致動器，給予致動器足夠的力量來彎曲鈦 金屬板。
螺線管操控的閥門常常用於農業灌溉系統。在這裡，使用相當便宜的小尺寸螺線管來開啟或關閉一個小前嚮導閥，讓少量的水施加液壓於活塞 。後者機械地耦合於主閥門，有足夠的力量來開關主閥門。
變速器螺線管 transmission solenoid ）依賴機電作用力來調整液壓油流過自動變速器 的流量。離合器螺線管通常裝設於變速器的閥體內部。
汽車起動器螺線管 在汽車內，起動器螺線管 starter solenoid ）是汽車起動器 starter ）系統的一部分，又稱為起動繼電器 。當駕駛者轉動鑰匙來發動汽車時，車子的電池 送出一小股電流到起動器螺線管，關閉一對重形接觸。這動作允許電池送出一大股電流到汽車的起動器馬達 ，供給馬達的起動。
參閱
參考文獻 Halliday, David; Robert Resnick, Jearl Walker. Fundamental of Physics 7th. USA: John Wiley and Sons, Inc. 2005: pp. 776–777. ISBN 0-471-23231-9
外部連結 National High Magnetic Field Laboratory網頁的。 Hyperphysics網頁的論述：螺線管 （页面存档备份，存于互联网档案馆 ）。 卡內基大學網頁的。
螺線管, 英文, solenoid, 是個三維線圈, 在物理學裏, 術語指的是多重捲繞的導線, 捲繞內部可以是空心的, 或者有一個金屬芯, 當有電流通過導線時, 內部會產生均勻磁場, 是很重要的元件, 很多物理實驗的正確操作需要有均勻磁場, 也可以用為電磁鐵或電感器, 繪圖, 產生的磁場, 截面示圖, 在工程學裏, 也指為一些换能器, transducer, 將能量轉換為直線運動, 电磁阀, solenoid, valve, 是一種綜合原件, 內中最重要的組件是機電, 機電是一種機電原件, 可以用來操作氣控閥或液壓. 螺線管 英文 solenoid 是個三維線圈 在物理學裏 術語螺線管指的是多重捲繞的導線 捲繞內部可以是空心的 或者有一個金屬芯 當有電流通過導線時 螺線管內部會產生均勻磁場 螺線管是很重要的元件 很多物理實驗的正確操作需要有均勻磁場 螺線管也可以用為電磁鐵或電感器 螺線管繪圖 螺線管產生的磁場 截面示圖 在工程學裏 螺線管也指為一些换能器 transducer 將能量轉換為直線運動 电磁阀 solenoid valve 是一種綜合原件 內中最重要的組件是機電螺線管 機電螺線管是一種機電原件 可以用來操作氣控閥或液壓閥 螺線管開關是一種繼電器 使用機電螺線管來操作電開關 例如 汽車的起動器螺線管是一種機電螺線管 目录 1 磁場 2 機電螺線管 2 1 螺線管氣控閥 2 2 螺線管液壓閥 2 3 汽車起動器螺線管 3 參閱 4 參考文獻 5 外部連結磁場 编辑 在這簡圖裏 螺線管以圓柱表面表示 電流i流動於螺線管的導線 a b c是三個用來計算磁場的安培閉合迴路 假設螺線管的管長趨向於無限長 則可以忽略邊緣效應 fringe effect 如右圖 思考迴路b 使用右手定則來尋找環繞著載流導線的磁場 假若將右手握住載流導線 大拇指指向電流方向 則其它手指會指向磁場的方向 對於一個管長很長的螺線管 磁場的徑向部分都因為對稱性而互相抵銷 所以 只有z 分量不等於零 在螺線管內 磁場朝著正z 軸方向 在螺線管外 磁場朝著負z 軸方向 再思考迴路c 根據安培定律 因為沒有任何電流穿過迴路c 所以 磁場沿著迴路c的分量的線積分 又稱為磁場繞著迴路c的環流量 等於零 在螺線管內 因為對稱性 磁場繞著迴路c的徑向部分的環流量等於零 但是 螺線管內軸向部分 z 軸方向 的環流量不等於零 朝著正z 軸方向 磁場繞著直線段1的環流量 與朝著負z 軸方向 磁場繞著直線段2的環流量 兩個環流量相等 隨著螺線管趨向於無限長 可以假設磁場跟z 坐標無關 在直線段1任意位置的磁場都相等 同樣的 在直線段2任意位置的磁場都相等 所以 在直線段1任意位置的磁場等於直線段2任意位置的磁場 由於可以任意改變迴路的尺寸 而得到答案仍舊不變 所以 唯一可能的解釋 就是在螺線管內的磁場是個常數 不隨位置的不同而改變 同樣的論點可以用在迴路a 所以 在螺線管外的磁場是個常數 不隨位置的不同而改變 磁場線只以閉合迴路的形式存在 在螺線管外的磁場等於零 磁場線只以閉合迴路的形式存在 它不能像電場線一樣地從一點發散出來 或收斂於一點 假設螺線管內的磁場線的方向是朝上 則螺線管外的磁場線的方向是朝下 它們形成一條閉合迴路 但是 外面的體積超大於裏面的體積 外面的磁場線密度超低 在無限遠位置 磁場線密度等於零 磁場等於零 回想到外面的磁場是個常數 因此 外面的磁場也等於零 總結 隨著螺線管趨向於無限長 外面的磁場趨向於零 再思考迴路b 根據安培定律 磁場繞著迴路b的環流量是 B h m 0 n i h displaystyle Bh mu 0 nih 其中 B displaystyle B 是磁場 h displaystyle h 是迴路b的軸向長度 m 0 displaystyle mu 0 是真空磁導率 n displaystyle n 是單位長度的線圈數 i displaystyle i 是電流 所以 磁場是 B m 0 n i displaystyle B mu 0 ni 這個方程式只對空心的螺線管有效 假設 螺線管內中含有金屬芯 例如鐵芯 則雖然其它參數不變 磁場的大小會有所改變 用方程式表達 B m 0 m r n i displaystyle B mu 0 mu r ni 其中 m r displaystyle mu r 是金屬芯的相對磁導率 relative permeability 磁場又可以用金屬芯的磁導率m m 0 m r displaystyle mu mu 0 mu r 來表達為 B m n i displaystyle B mu ni 機電螺線管 编辑 一個在1920年代大批生產的螺線管 是機電引動器的重要零件 機電螺線管是由電磁感應線圈 捲繞於可移動的不銹鋼或鐵材質的电枢 英语 Armature electrical armature 外面 所組成的機電原件 當感應線圈乘載電流時 會有磁場產生 感應線圈變成一個電磁鐵 吸引或排斥電樞 造成電樞的移動 這機制所給出的機械力可以用來操控其它機械 像氣控閥或液壓閥 機電螺線管給出的是近距離作用力 對於遠距離 作用力會顯得微弱 由於可以用控制電路直接控制 機電螺線管的反應時間非常快速 機電螺線管常見於電子彈珠台 點陣式印表機 燃料噴射裝置等等 螺線管氣控閥 编辑 螺線管氣控閥是一種開關 運送空氣給氣控原件 後者通常是某種致動器 螺線管是由一個小尺寸線性螺線管與一個平衡的 易移動的金屬芯組成的 螺線管可以控制金屬芯的位置 引導氣體流往正確的進氣口 這共同組成的氣閥 使得小量的電流施加於螺線管 就能夠引導高氣壓的氣體 通常高至100 psi 7 bar 0 7 MPa 0 7 MN m 有些螺線管的操作規格遠超過這氣壓 螺線管氣控閥的操作原理就好像電晶體 允許使用少量的訊號來控制很大的元件 它也是電子控制器和氣控系統之間的介面元件 螺線管液壓閥 编辑 一般而言 螺線管液壓閥的運作原理類似於螺線管氣控閥 主要的不同處是 螺線管液壓閥控制液壓油的流動 液壓通常大約為3000 psi 210 bar 21 MPa 21 MN m 在航空製造業裏 液壓機械使用螺線管來操控液壓油的流動至致動器 給予致動器足夠的力量來彎曲鈦金屬板 螺線管操控的閥門常常用於農業灌溉系統 在這裡 使用相當便宜的小尺寸螺線管來開啟或關閉一個小前嚮導閥 讓少量的水施加液壓於活塞 後者機械地耦合於主閥門 有足夠的力量來開關主閥門 變速器螺線管 英语 Transmission solenoid transmission solenoid 依賴機電作用力來調整液壓油流過自動變速器的流量 離合器螺線管通常裝設於變速器的閥體內部 汽車起動器螺線管 编辑 在汽車內 起動器螺線管 英语 Starter solenoid starter solenoid 是汽車起動器 英语 Starter engine starter 系統的一部分 又稱為起動繼電器 當駕駛者轉動鑰匙來發動汽車時 車子的電池送出一小股電流到起動器螺線管 關閉一對重形接觸 這動作允許電池送出一大股電流到汽車的起動器馬達 供給馬達的起動 參閱 编辑感應器 電磁感應 亥姆霍茲線圈 安培定律參考文獻 编辑Halliday David Robert Resnick Jearl Walker Fundamental of Physics 7th USA John Wiley and Sons Inc 2005 pp 776 777 ISBN 0 471 23231 9 引文使用过时参数coauthors 帮助 引文格式1维护 冗余文本 link 外部連結 编辑National High Magnetic Field Laboratory網頁的Java互動指導課 螺線管產生的磁場 Hyperphysics網頁的論述 螺線管 页面存档备份 存于互联网档案馆 卡內基大學網頁的轉動聲音線圈基礎 取自 https zh wikipedia org w index php title 螺線管 amp oldid 73519030, 维基百科，wiki ，书籍，书籍，图书馆，
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