電磁爐使用中的幾個物理問題

隨著社會的進步，廚具市場的一種新型灶具——電磁爐已逐漸進入尋常家庭。不少學生在使用中產(chǎn)生了一些疑問，有些是中學物理知識能夠解釋的，也有些超出了中學所學知識的范圍，針對學生提出的部分問題，我們認為有必要讓學生獲得一定的了解，使他們明白其中的道理。現(xiàn)就學生提出的幾個主要問題分析如下：

1電磁爐的主要工作原理

電磁爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由以下三個部分組成：

電源→控制電路→加熱線圈

工作時，控制電路先將220V的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，再將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?5—30KHz的高頻交流電，最后將該高頻交流電輸送到線圈盤，從而產(chǎn)生交變磁場。

當將含鐵質(zhì)的鍋具放置在線圈盤上方的爐面時，會切割交變磁感線而在鍋具底部金屬部分產(chǎn)生交變的電流(即產(chǎn)生了渦流或發(fā)生了電磁感應現(xiàn)象)，渦流使鍋具的鐵分子高速無規(guī)則運動，分子間互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生內(nèi)能(即根據(jù)焦耳定律產(chǎn)生了焦耳熱)，從而使器具本身自行高速發(fā)熱，用來加熱和烹飪食物，達到煮食的目的。

電磁爐煮食的熱源來自于鍋具底部的直接發(fā)熱，而不是電磁爐本身發(fā)熱傳導給鍋具，所以熱效率能達到80％以上，比其它所有炊具的效率均高得多，大大節(jié)省了能源。

2為什么烹飪鍋必須使用含鐵質(zhì)鍋具?

我們知道，磁性是物質(zhì)的基本屬性之一，所有的物質(zhì)都是磁介質(zhì)，但是不同的物質(zhì)其導磁能力有著極大的區(qū)別。像鋁、陶瓷、玻璃、銅等稱為弱磁性物質(zhì)；鐵、鈷、鎳等鐵磁性物質(zhì)稱為強磁性物質(zhì)。圖甲為用弱磁性物質(zhì)制成的烹飪鍋，由于弱磁性物質(zhì)的導磁能力較差，磁場能直接穿過鍋體形成閉合回路，此時的磁場回路(簡稱磁路)磁阻(類似于電流回路的電阻)很大，導致加熱線圈的輸出功率很小(類似于變壓器副線圈回路的電阻很大，導致輸出功率就很小)，線圈中的電流就很小，所產(chǎn)生的磁場就很弱，因而只能在鋁、銅等金屬鍋底的表面形成很小的感應電流(根據(jù)安培定則，此感應電流回路平行于鍋底)。同時，又由于鋁、銅等金屬的電阻本身也很小，因而所產(chǎn)生的焦耳熱就更小；至于陶瓷、玻璃等鍋體由于是非金屬的，連感應電流也不能形成，因而更不會產(chǎn)生焦耳熱了。由于電磁爐設置了檢測電路，一旦出現(xiàn)磁阻較大而導致線圈的輸出功率很小時，延遲一定時間后就會自動停止工作。

圖乙則是用強磁性物質(zhì)制成的烹飪鍋，如鐵質(zhì)鍋具。由于其導磁能力較強，磁場幾乎完全沿著鍋體底部形成閉合回路，磁場回路的磁阻很小，線圈的輸出功率很大，加熱線圈中的電流就很大，所產(chǎn)生的高頻交變磁場就很強。此磁場使得通過鍋底的磁通量迅速發(fā)生變化，從而在鍋底產(chǎn)生無數(shù)小渦流(此時電流平面垂直于鍋底)，由于鐵的電阻較大，故能迅速產(chǎn)生較大的內(nèi)能。正由于此，電磁爐專用平底鍋的鍋底總是做得比一般的鍋底來得厚一些。

可見，在電磁爐的工作過程中，金屬鍋體只是形成電流的條件，更重要的是鍋體必須是強磁性材料制成的，因而電磁爐必須使用導電性能較好的強磁性材料，如鑄鐵鍋，生鐵鍋，不銹鐵鍋等等。

3為什么烹飪鍋鍋底不能太小?

如果使用的是鐵質(zhì)鍋具，若是其底部面積太小，則磁場回路經(jīng)過導磁材料的路徑就較短，使得經(jīng)過空氣中的路徑就較長，由于空氣的導磁性能較差，從而導致磁場回路的磁阻較大，會大大降低線圈的輸出功率，電磁爐一旦檢測出此種情況，延遲一定時間后也會自動停止工作，故一般要求鍋底直徑應不低于12cm。

4加熱的水能被磁化嗎?

電磁爐所加熱的水不能被磁化。這是因為一方面磁場并未經(jīng)過鍋中的水，對水分子不會產(chǎn)生影響；另一方面由高頻電流所產(chǎn)生的磁場是交變磁場，對鍋底所產(chǎn)生的磁化作用也會因電流的方向不斷改變而抵消；同時水經(jīng)過加熱，溫度升高，本身也只會削弱水的磁性。

5電磁爐會產(chǎn)生電磁輻射嗎?

由于電磁爐工作時存在高頻交變電流和磁場，必然會存在一定的電磁波輻射，從而對一定范圍內(nèi)的環(huán)境會構(gòu)成電磁污染。

據(jù)專家介紹，電磁爐的磁泄漏程度用磁感應強度來衡量，瑞士、瑞典等國的標準為磁泄漏不超過0．2微特斯拉。目前我國尚無相關(guān)標準，正規(guī)生產(chǎn)廠家均依據(jù)國外的相關(guān)標準設定了自己企業(yè)的檢測標準，每批新產(chǎn)品都會進行相關(guān)電磁檢測，只要正常使用，應該不會對人體造成危害。

(欄目編輯鄧磊)