未知世界的猜想

题目所描述的情况其实是两种不同形式的电感的感抗问题。导线绕在铁芯上代表的是绕有铁芯的电感；直接圈起来的是无铁芯电感。一般来说，带有铁芯的电感都是电感量比较大的，而无铁芯的电感的电感量是比较小的。

我们知道，电感在交流电路中，其感抗与交流电的频率、电感量是相关的，感抗计算公式为：

XL＝2πfL

从式中可以看出，电感量与频率、电感量是成正比的。在频率一定的情况下，感抗的大小取决于电感量的大小。从前面的分析可以看出，无铁芯的线圈电感量要小于带铁芯的电感量，所以，无铁芯的感抗要小于带铁芯的感抗。在所加的电压相同时，无铁芯电感流过的电流更大。

所以，在相同电压的情况下，无铁芯的电感即单纯的线圈更容易被烧坏。

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提问者说两段相同的导线，一个绕在铁芯上，制作成带铁芯的线圈，另一个直接制作成空心线圈，然后将它们分别接于交流电中，结果空心线圈出现短路，而带铁芯的线圈却未出现短路。之所以出现这种情况，是因为两个线圈的电感量不一样所致。

上图是一个直接用漆包线绕制而成的空心线圈。

▲ 带有磁芯的电感线圈。

上图是一个带有磁芯（亦可以是铁芯）的电感线圈。

我们知道，一个空心的电感线圈，在其匝数不变时，只要插入磁芯或铁芯，其电感量就会增大，也可以说，在电感量相同时，线圈带有铁芯或磁芯时可以减少线圈的圈数，故我们看到的各种电感量较大的线圈一般都是绕制在磁芯上，这样只要较少的圈数即可达到所需的电感量。一般只有那些超高频电路中用的电感量在几μH的电感线圈才制作成空心线圈。

下面我们再来说一下为何两个电感量不一样的线圈通过相同频率的交流电时，空心线圈为何会发生短路？

我们知道，电感线圈对交流电存在着感抗XL，其计算公式为XL＝2πfL。由公式可见，交流电频率越高，电感量越大，则线圈的感抗就越大。假设提问者制作的空心线圈的电感量为0.1H，而带铁芯的线圈的电感量为1H，所用的电压为AC220V，频率为50Hz，按上述公式计算，两个线圈的感抗XL分别为31.4Ω和314Ω，若将这两个线圈分别接入AC220V，则流过两个线圈的电流分别为7A和0.7A。由此可见，插入铁芯的线圈之所以未出现短路，是因为插入铁芯后，线圈的电感量增大了，具有较高的感抗，故不会出现短路。

创意电子DIY分享

我是电子及工控技术，我来回答这个问题。刚接触电子元器件的朋友有时会感觉到非常神奇，比如题目所说一根导线圈起来后就变成电感了，由导线到电感只是形状发生了改变但是这两者的物理性质会发生很大的变化。如果要在线圈中加入铁芯那么线圈的特性又会有所改变，下面我与朋友们谈谈这方面的事情。

电感

电感就是把导线绕成圈，它是一种储能元件也就是把电能存储起来。所以在电子电路和继电器电路中都能见到它。电感有个很大特点，那就是当通入直流电时电感对直流电来说相当于导线一样阻值非常小（近似于短路）；但是电感对交流电来说就呈现很大的电阻值，并且这个电阻值随着电流的频率增大其电阻值也在增大。所以我们在电子电路中可以用电感作为滤波的元件。另外在其它方面也还可以作为谐振、绕制变压器、绕制电动机绕组等。

空心电感和铁芯电感

我们知道虽然缠绕在铁芯上和直接圈起来都是电感，但是它们的电感量（亨利H）是不一样的。对于空心电感来说它是由导体绕制在非磁导体上的，这种电感的电感量是非常小的；另一种是把导线缠绕在铁芯或者铁氧体上的，这种绕制电感的特点是其电感量非常大，我们又知道在通电频率一定的情况下其感抗值的表达式为2πfL，由此可见空心的电感其阻抗值特别低，根据欧姆定律U/XL来说通过它的电流值肯定很大，所以说空心电感通入电流时会产生短路的现象。对于带铁芯的情况就不同了，由于加了铁芯其电感值增大许多，通入电流后阻抗值很大所以电流就小不会发生短路的情况。

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能量是守恒的，不会无中生有也不会无端消失

初中物理我们都学过欧姆定律I=U/R。当电压是固定时，通过导线的电流与导线的电阻成正比（当然，我们假设电源能提供的能量是无限的）。线圈其实就是电感，电感有着阻碍电流变化的功能，它的主要参数是电感量，线圈会不会产生短路，就要看线圈阻碍电流通过的能力了，在直流电使用时，要看线圈的直流电阻，在交流电使用时要看线圈的感抗大小。

线圈的电阻值和感抗与什么因素有关？

线圈的电阻值与导线的电阻率有关，同样大小的导线，导线越长，它的电阻就越大了。

线圈感抗与供电电源的频率、线圈的电感量有着正比的关系。电感（线圈）的计算公式是：XL＝2πfL。线圈绕在铁芯上电感量会增大，电感量L=N*N/Rm,Rm为铁芯的磁阻，铁芯的磁阻越小，电感量就会越大，磁阻大小跟材料是有关系的，如果你用一个木棒或者塑料代替是没有用的，因为它不是磁性材料，它是磁阻是非常非常大的。铁芯是磁性材料，磁导率较大，磁阻很小，加入铁芯可以大大提升线圈的电感量。

线圈绕在铁上为什么不会短路

电磁铁就是将线圈绕在铁上的，当线圈通电后，铁就就为磁铁了，产生磁力。线圈通电分为两种情况，交流电和直流电。在交流电环境下，交流电频率越高，线圈的感抗就越大，阻碍电流通过的能力就越强，越不容易短路。在直流电环境下，如果绕在铁上的线圈太少，其实它也是会短路的，因为它的直流电阻太小了。像继电器内部的线圈，它的直流电阻一般都有几十欧姆到几十欧姆，正常使用时，电流只有几十毫安，最多是几百毫安。

在读初中的时候我们都做过电磁铁的实验吧？往铁钉上绕漆包线，然用用电池通电，就可以吸附另外的铁钉了。大家可以试试圈烧绕少一点，就会发现电池发热很严重了，因为电池提供不了那么大的电流，产生短路的现象。如果漆包线的线径太小的的话，还会烧断。

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两段导线，一段缠绕在铁上，一段直接圈起来。分别通电时，为什么圈起来的会短路？缠在铁上的不会短路？

我的回答

这主要是直接圈起来的线圈和缠在铁上的线圈它们对电流的阻碍作用不一样，即感抗不一样。

理由分析

我们都知道电线有电阻，所以电流通过电线时，电线会对电流有阻碍作用。如果把电线绕成线圈，那么线圈对电流的阻碍作用分为两部分：一部分为导线电阻，我们把它称为阻抗；另外一部分为线圈的电感效应，称之为“感抗”。

导体电阻大小和导线材料（电阻率）、导线长度、横截面积、温度等有关。导线电阻计算公式如下：

电感效应和通过线圈电流频率及电感量有关。感抗计算公式如下：

XL＝2πfL

电感量计算很复杂，它的大小和线圈面积、线圈匝数、绕线方向、电线大小、磁芯材料等因素有关。同样一个线圈，有铁芯时的电感量比空心时的电感量要大几百倍，甚至上千倍。具体多少倍跟铁芯导磁率有关。所以用同一条电线绕成线圈，当线圈内放有铁芯时对电流的阻碍作用比空心时要大很多。

当给空心线圈和铁芯线圈两端分别加上相同的电压时，有铁芯的线圈电流要小。当两端所加的电压频率越高，这种现象越明显。如果两端加的电压是直流电压，那它们的电流相等，因为直流电的频率为了，感抗消失，只有阻抗存在。

应用举例

在电子电路中，经常需要用到非常低的电压。如果直接把220V交流电通过变压器降低，然后再整流、滤波变成直流电的话，效率比较低，而且变压器线圈需要很多匝（用来提高电感量）。

为了节约材料、缩小变压器体积、提高效率，通常的做法就是先把220V交流电先整流滤波变成电压较高的直流电，然后再通过晶体管逆变成高频交流电，再把高频交流电通过变压器降低电压，最后整流滤波以后变成低压直流。

还有比如接触器。线圈电压是直流电压的接触器比交流电压的接触器匝数要多的多，这就是因为接触器线圈对直流电的阻碍作用只有电线电阻，而接触器线圈对交流电的阻碍作用除了电线电阻以外还有感抗，并且感抗对电流的阻碍作用比电阻对电流的阻碍作用要大得多。

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　题目所描述的情况其实是两种不同形式的电感的感抗问题。导线绕在铁芯上代表的是绕有铁芯的电感；直接圈起来的是无铁芯电感。一般来说，带有铁芯的电感都是电感量比较大的，而无铁芯的电感的电感量是比较小的。