通電的滑動變阻器和螺線管的磁效應緣何不同

通電的滑動變阻器和螺線管的
磁效應緣何不同

朱木清姜付錦

(武漢市黃陂區第一中學湖北 武漢430300)

摘 要：通電的滑動變阻器激發的磁場怎么檢測不到？文章從實驗和理論上進行了探討．

關鍵詞：滑動變阻器磁介質磁路

收稿日期：(2015-03-05)

如圖1所示，在通電螺線管磁場分布演示實驗中，用滑動變阻器替換螺線管，變阻器下面兩個接線柱(全電阻)接入電路，并在滑動變阻器端頭附近放置小磁針．實驗顯示，小磁針指向不再是圖1所示情形，好像只受地磁場作用，大致都沿南北向．實驗所用螺線管電阻約2Ω，繞制導線9股×10匝/股=90匝；滑動變阻器全電阻20Ω，電阻絲線圈130匝．滑動變阻器和螺線管繞線類似，通電怎不見磁效應？還是因為變阻器的阻值比螺線管大，相同電壓下獲得的電流較小，產生的磁場比地磁場弱很多？

圖1　通電螺線管磁場分布的演示實驗

為此，將滑動變阻器和螺線管組成串聯電路，如圖2所示，保證電流相同．再用小磁針檢驗，結果是：螺線管周圍小磁針偏轉明顯，滑動變阻器周圍小磁針好像還是只受地磁場左右．提高供電電壓，增大電流，在開關合上時，螺線管周圍小磁針偏轉顯示更有力，滑動變阻器端頭處小磁針出現微小的顫動或擺動．電流相同，二者端頭處的小磁針表現反差為何如此之大？有可能這個“微小的顫動或擺動”不是滑動變阻器的電流所為，而是螺線管和干路導線較大的電流激發磁場的波及結果．

圖2　串聯電路

于是，再利用一個同規格的廢舊滑動變阻器，將其繞線整體轉移到硬紙筒上，用來置換原電路中的滑動變阻器，結果發現：變阻器端頭處小磁針偏轉擺動明顯變大，跟螺線管周圍小磁針偏轉相比，不再像此前那么懸殊．這證實了我們的推測猜想．

查閱相關資料得知，滑動變阻器的氧化膜絕緣層的銅鎳合金電阻絲密繞在瓷管上，瓷管是抗磁質材料，產生的附加磁場與外磁場相反，起著削弱空間磁場作用．變阻器的滑桿和支架是高磁導率的鐵質材料，磁阻遠低于空氣磁阻，正好為電阻絲線圈電流產生的磁場提供磁路．20Ω的滑動變阻器瓷筒內還有一根連接兩端支架的鐵桿，能更好地構成閉合磁路．電阻絲線圈電流在其內部激發的磁場，一方面被瓷管產生的附加磁場抵消部分，另一方面磁場的磁感線在變阻器兩端向金屬支架匯聚，并通過金屬滑桿形成磁通回路，這樣“泄漏”到線圈外部空間的磁感線大幅減少，對電阻絲線圈電流的磁場進行了有效“屏蔽”．因此，一般通電滑動變阻器在外圍空間產生的磁場比地磁場弱很多，放在變阻器端頭的小磁針很難顯示其存在．

參 考 文 獻

1趙凱華，陳煕謀.電磁學(上冊).北京：人民教育出版社，1980.288～290

2程守洙，江之永.普通物理學(第2冊).北京：人民教育出版社，1982.243～261