磁場和磁轨制动

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磁場和磁轨制动之间的区别

磁場 vs. 磁轨制动

在電磁學裡，磁石、磁鐵、電流及含時電場，都會產生磁場。處於磁場中的磁性物質或電流，會因為磁場的作用而感受到磁力，因而顯示出磁場的存在。磁場是一種向量場；磁場在空間裡的任意位置都具有方向和數值大小更精確地分類，磁場是一種贗矢量。力矩和角速度也是準向量。當坐標被反演時，準向量會保持不變。。 磁鐵與磁鐵之間，通過各自產生的磁場，互相施加作用力和力矩於對方。運動中的電荷亦會產生磁場。磁性物質產生的磁場可以用電荷運動模型來解釋基本粒子，像電子或正子等等，會產生自己內有的磁場，這是一種相對論性效應，並不是因為粒子運動而產生的。但是，對於大多數狀況，這磁場可以模想為是由粒子所載有的電荷因為旋轉運動而產生的。因此，這相對論性效應稱為自旋。磁鐵產生的磁場主要是由內部未配對電子的自旋形成的。。 當施加外磁場於物質時，磁性物質的內部會被磁化，會出現很多微小的磁偶極子。磁化強度估量物質被磁化的程度。知道磁性物質的磁化強度，就可以計算出磁性物質本身產生的磁場。產生磁場需要輸入能量，當磁場被湮滅時，這能量可以再回收利用，因此，這能量被視為儲存於磁場。 電場是由電荷產生的。電場與磁場有密切的關係；含時磁場會生成電場，含時電場會生成磁場。馬克士威方程組描述電場、磁場、產生這些向量場的電流和電荷，這些物理量之間的詳細關係。根據狹義相對論，電場和磁場是電磁場的兩面。設定兩個參考系A和B，相對於參考系A，參考系B以有限速度移動。從參考系A觀察為靜止電荷產生的純電場，在參考系B觀察則成為移動中的電荷所產生的電場和磁場。 在量子力學裏，科學家認為，純磁場（和純電場）是虛光子所造成的效應。以標準模型的術語來表達，光子是所有電磁作用的顯現所依賴的媒介。對於大多數案例，不需要這樣微觀的描述，在本文章內陳述的簡單經典理論就足足有餘了；在低場能量狀況，其中的差別是可以忽略的。 在古今社會裡，很多對世界文明有重大貢獻的發明都涉及到磁場的概念。地球能夠產生自己的磁場，這在導航方面非常重要，因為指南針的指北極準確地指向位置在地球的地理北極附近的地磁北極。電動機和發電機的運作機制是倚賴磁鐵轉動使得磁場隨著時間而改變。通過霍爾效應，可以給出物質的帶電粒子的性質。磁路學專門研討，各種各樣像變壓器一類的電子元件，其內部磁場的相互作用。. 磁轨制动是铁路机车车辆使用的非粘着制动方式之一，其原理是将磁铁安装转向架前后两轮对之间的侧梁下部，非作用时磁铁悬挂在距离轨面适当高度，当制动时磁铁通过压缩空气或液压控制装置放下至轨面，并接通磁铁使其以一定的吸力吸附在钢轨上，使磁铁底部的磨耗板与钢轨摩擦而产生制动作用。制动力的大小与磁铁的安装匝数以及铁芯材料等电气设计参数有关，同时亦和电磁铁与钢轨之间的磁力线气隙大小有关。 磁轨制动与轮轨之间的粘着状态无关，因此不存在车轮被抱死而滑行的风险，而且可以获得更大的制动力以缩短制动距离；但磁铁磨耗板与钢轨直接摩擦不仅产生很大热量，对钢轨亦会造成较大损耗。因此，磁轨制动主要被用于有轨电车和高速列车。很多有轨电车行驶在非独立路权的路段，并且经常与其他道路交通平面交叉，为了在紧急情况时能够及时停车，有轨电车通常都需要较大的紧急制动减速度，制动距离短且简单可靠的磁轨制动正合乎其要求。 而在高速列车上的磁轨制动大多都是作为紧急制动或辅助制动装置使用，当粘着制动不能满足列车紧急制动距离情况下，磁轨制动可以与其他制动方式同时发挥作用，使用磁轨制动的高速列车例子包括德国的ICE-1、ICE-2、瑞典的X2000、苏联的ER200、RТ200等。ICE-1、ICE-2高速列车的每辆拖车上安装了四套磁轨制动装置，当制动初速度为250公里/小时，每米电磁铁所产生的制动力为3～3.5千牛，可提供约0.25m/m²的减速度，可使列车紧急制动距离缩短20～30%。 磁轨制动可以利用电磁铁或者永久磁铁产生磁场。传统的电磁轨道制动需要借助接通励磁电流，使电磁铁的线圈通电而产生磁场，主要使用24～110伏特的直流电工作，一旦切断电源就失去制动作用，因此无法作为停车制动装置使用。1990年代，克诺尔公司开发出使用永久磁铁（例如稀土磁鐵）的永磁轨道制动，永久磁铁在接通以后无需进一步提供电能，可节省为磁轨制动装置供电的蓄电池组，因此永磁轨道制动亦作为停车装置器。瑞士联邦铁路Re460型电力机车和BLS铁路是最早采用永磁轨道制动的铁路车辆。.

場線

場線是由向量場和初始點設定的軌跡。在空間裏，向量場在每一個位置，都設定了一個方向。只要按照向量場在每一個位置所指的方向來追蹤路徑，就可以素描出正確的場線。更精確地說，場線在每一個位置的切線必須平行於向量場在那一個位置的方向。 在空間內，由於，伴隨著每一個點的向量，組合起來，構成了向量場，場線可以說是一個專為向量場精心打造的顯像工具，能夠清楚地顯示出向量場在每一個位置的方向。假若向量場描述的是一個速度場，則場線跟隨的是流體的流線。在磁鐵的四周灑散鐵粉，可以清楚地顯示出磁場的磁場線。靜電荷的場線稱為電場線，從正電荷往外擴散，朝著負電荷聚集。 對於一個向量場，假若能夠完整地描述其所有的場線，那麼，這向量場在每一個位置的方向已完全地被設定了。為了同時表示出向量場的大小值，必須變化場線的數量，使得場線在任意位置的密度等於向量場在那位置的大小值，也就是說單位面積所含的場線越多，則向量場越強，反之則向量場越弱。 場線的圖案能夠用來表達某些重要的向量微積分概念。場線從某一個區域的往外擴散或往內聚斂可以表達散度。場線的螺旋圖案可以表達旋度。 雖然大多數時候，場線只是一個數學建構，在某些狀況，場線具有實際的物理意義。例如，在電漿物理學裏，處於同一條場線的電子或離子會強烈地相互作用；而處於不同場線的粒子，通常不會相互作用。 1851年，法拉第提出了場線的概念。.

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磁鐵

磁鐵或稱磁石，是可以吸引鐵並於其外產生磁場的物體。狭义的磁铁指磁铁矿石的制品，广义的磁铁指的是用途为产生磁场的物体或装置。磁铁作為磁偶極子，能夠吸引鐵磁性物質，例如铁、镍及钴等金属。磁極的判定是以細線懸掛一磁鐵，指向北方的磁極稱為指北極或N極，指向南方的磁極為指南極或S極。（如果將地球想成一大磁鐵，則目前地球的地磁北極是S極，地磁南極則是N極。）磁鐵異极则相吸，同极则排斥。指南极與指北极相吸，指南极與指南极相斥，指北极與指北极相斥。 磁鐵分作永久磁鐵與非永久磁鐵。天然的永久磁鐵又稱為天然磁石，永久磁鐵也可以由人工製造（最強的磁鐵是釹磁鐵）。非永久性磁鐵只有在某些條件下會有磁性，通常是以電磁鐵的形式產生，也就是利用電流來強化其磁場。 未磁化的磁石內部磁分子（分子磁鐵學說）是無規則排列的，經過磁化的過程後磁分子會有規則的排列。此時，磁分子的N極和S極會朝向相同方向使磁石具有磁性而成為磁鐵。同時，同一磁鐵上存在相反兩極且兩極之磁量相等。.

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電磁鐵

電磁鐵是可以通电流來产生磁力的装置，在電力普及的社會中是一項不可缺少的工具，屬非永久磁鐵，與永久磁鐵同為磁鐵的一.

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