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{{NoteTA|G1=物理學}}
[[File:Solenoid-1.png|thumb|200px|螺線管繪圖]]
[[File:VFPt Solenoid correct2.svg|thumb|200px|螺線管產生的磁場（截面示圖）]]

'''螺線管'''（英文：{{lang|en|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]]（{{lang|en|transducer}}），將能量轉換為直線運動。[[电磁阀]]（{{lang|en|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]]。機電螺線管是一種機電原件，可以用來操作[[#螺線管氣控閥|氣控閥]]或[[#螺線管液壓閥|液壓閥]]。'''螺線管開關'''是一種[[繼電器]]，使用機電螺線管來操作[[開關|電開關]]。例如，汽車的[[#汽車起動器螺線管|起動器螺線管]]是一種機電螺線管。

==磁場==
[[File:Solenoid with 3 loops (1).png|thumb|200px|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]]（{{lang|en|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[[環量|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。

[[File:Solenoid field lines rough vector.svg|thumb|200px|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
: <math>Bh=\mu_0 n ih</math>；

其中，<math>B</math>是磁場，<math>h</math>是迴路b的軸向長度，<math>\mu_0</math>是[[真空磁導率]]，<math>n</math>是單位長度的線圈數，<math>i</math>是電流。

所以，磁場是
: <math>B=\mu_0 ni</math>。

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
: <math>B=\mu_0 \mu_r ni</math>；

其中，<math>\mu_r</math>是金屬芯的[[相對磁導率]]（{{lang|en|relative permeability}}）。

磁場又可以用金屬芯的[[磁導率]]<math>\mu=\mu_0\mu_r</math>來表達為
: <math>B=\mu n i</math>。

==機電螺線管==
[[File:Commercial Solenoid Dawes 1920.png|thumb|300px|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{{link-en|电枢|Armature_(electrical)}}（{{lang|en|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]]、[[印表機|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。

{{link-en|變速器螺線管|Transmission_solenoid}}（{{lang|en|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，{{link-en|起動器螺線管|Starter_solenoid}}（{{lang|en|starter solenoid}}）是{{link-en|汽車起動器|Starter_(engine)}}（{{lang|en|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==
* [[感應器]]
* [[感應]]
* [[亥姆霍茲線圈]]
* [[安培定律]]

==參考文獻==
*{{cite book|last=Halliday|first=David|coauthors=Robert Resnick, Jearl Walker|title = Fundamental of Physics|publisher = John Wiley and Sons, Inc.|location = USA|edition = 7th|pages=pp. 776-777|isbn=0-471-23231-9|year=2005}}

==外部連結==
*National High Magnetic Field Laboratory網頁的[https://web.archive.org/web/20080620003751/http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/java/solenoidfield/  Java互動指導課：螺線管產生的磁場]。
*Hyperphysics網頁的論述：[http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/solenoid.html 螺線管]。
*卡內基大學網頁的[https://web.archive.org/web/20090611181733/http://rack1.ul.cs.cmu.edu/rotaryvoicecoil/ 轉動聲音線圈基礎]。

{{Authority control}}
{{DEFAULTSORT:L}}
[[Category:电磁线圈]]
[[Category:执行器]]