微波爐、電磁灶與探雷器

蘇教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書通用技術(shù)必修1的第162頁和第164頁兩處提及微波爐；蘇炳如主編的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理3-2的第三章第２節(jié)渦流現(xiàn)象與電磁灶中詳細介紹了電磁灶和安全檢查報警器；人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理3-2的第四章第７節(jié)渦流，教材中講述渦流的應(yīng)用時，講到了渦流在真空冶煉爐、變壓器鐵芯和探雷器、安檢門中的應(yīng)用。學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分知識時知識遷移存在障礙，產(chǎn)生如下疑問：1、微波爐與電磁灶加熱原理是否相同？2、真空冶煉爐使?fàn)t內(nèi)的金屬熔化、電磁灶使灶上的鐵制器具發(fā)熱，探雷器能使鐵殼地雷發(fā)熱嗎？帶著這樣的疑問筆者查閱資料尋找答案以期與同行交流。

1 微波爐

1945年，測試雷達的美國工程師珀西.斯潘塞感覺有點餓，從口袋掏出幾塊巧克力---融化了。身邊沒有熱源為什么融化呢？細心的他從玉米地掰了些玉米種子放在雷達旁，第二天玉米變成爆米花，于是發(fā)現(xiàn)微波有“熱效應(yīng)”。

微波爐是一種用微波加熱食品的現(xiàn)代化烹調(diào)灶具。微波是指波長為0.01～1米的無線電波，其對應(yīng)的頻率為30000兆赫到300兆赫…為了不干擾雷達和其他通信系統(tǒng)，微波爐的工作頻率多選用915兆赫或2450兆赫，微波爐的外殼用不銹鋼等金屬材料制成，可以阻擋微波從爐內(nèi)逃出，以免影響人們的身體健康。裝食物的容器則用絕緣材料制成，微波爐的心臟是磁控管，這個叫磁控管的電子管是個微波發(fā)生器。

微波加熱的原理簡單說來是：當(dāng)微波輻射到食品上時，食品中總是含有一定量的水分，而水是由極性分子（分子的正負電荷中心，即使在外電場不存在時也是不重合的）組成的，這種極性分子的取向?qū)㈦S微波場而變動。由于食品中水的極性分子的這種運動，以及相鄰分子間的相互作用，產(chǎn)生了類似摩擦的現(xiàn)象，使水溫升高，因此，食品的溫度也就上升了。用微波加熱的食品，因其內(nèi)部也同時被加熱，放整個物體受熱均勻，升溫速度也快。

微波爐由電源，磁控管，控制電路和烹調(diào)腔等部分組成，如圖所示。電源向磁控管提供大約4000伏高壓，磁控管在電源激勵下，連續(xù)產(chǎn)生微波，再經(jīng)過波導(dǎo)系統(tǒng)，耦合到烹調(diào)腔內(nèi)。在烹調(diào)腔的進口處附近，有一個可旋轉(zhuǎn)的攪拌器，因為攪拌器是風(fēng)扇狀的金屬，旋轉(zhuǎn)起來以后對微波具有各個方向的反射，所以能夠把微波能量均勻地分布在烹調(diào)腔內(nèi)。微波爐的功率范圍一般為500～1000瓦。

2 電磁灶

電磁灶是一種利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為熱能的廚房電器。在電磁灶內(nèi)部，由整流電路將50/60Hz的交流電壓變成直流電壓，再經(jīng)過控制電路將直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為20-40KHz的高頻電壓，高速變化的電流流過線圈會產(chǎn)生高速變化的磁場，當(dāng)磁場內(nèi)的磁感線通過金屬器皿(導(dǎo)磁又導(dǎo)電的鐵質(zhì)材料)底部金屬體內(nèi)產(chǎn)生無數(shù)的小渦流，使器皿本身自行高速發(fā)熱，然后再加熱器皿內(nèi)的東西。故：電磁灶煮食的熱源來自于鍋具底部而不是電磁灶本身發(fā)熱傳導(dǎo)給鍋具，熱效率要比所有炊具的效率均高出近1倍，器具升溫快、熱效率高、無明火、無煙塵、無有害氣體、對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱輻射、體積小巧、安全性好和外觀美觀等優(yōu)點，能完成家庭的絕大多數(shù)烹飪?nèi)蝿?wù)。因此，在電磁灶較普及的一些國家里，人們譽之為“烹飪之神”和“綠色爐具”。

3 探雷器

探雷器其實只是“金屬探測器”的一種用途。探雷器的核心是高頻振蕩器，在電子線路與探頭環(huán)內(nèi)，線圈中的電流振蕩形成固定頻率交變磁場，當(dāng)有金屬接近時，利用金屬導(dǎo)磁的原理，改變了線圈的感抗，從而改變了振蕩頻率發(fā)出報警信號，對非金屬不起作用。

金屬探測器除了用于探測有金屬外殼或金屬部件的地雷之外，還可以用來探測隱蔽在墻壁內(nèi)的電線、埋在地下的水管和電纜，甚至能夠地下探寶，發(fā)現(xiàn)埋藏在地下的金屬物體。

高頻振蕩器探測金屬的原理

調(diào)節(jié)高頻振蕩器的增益電位器，恰好使振蕩器處于臨界振蕩狀態(tài)，也就是說剛好使振蕩器起振。當(dāng)探測線圈L靠近金屬物體時，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)像，會在金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生渦電流，使振蕩回路中的能量損耗增大，正反饋減弱，處于臨界態(tài)的振蕩器振蕩減弱，甚至無法維持振蕩所需的最低能量而停振。如果能檢測出這種變化，并轉(zhuǎn)換成聲音信號，根據(jù)聲音有無，就可以判定探測線圈下面是否有金屬物體了。

金屬探測器有較高的靈敏度，用它探測大塊金屬時，探測環(huán)距金屬物體20cm時揚聲器就會發(fā)出聲音，小到曲別針，甚至一枚大頭針都能檢測到，只是探測環(huán)線圈必須緊靠細小金屬物體。金屬探測器利用振蕩線圈的電磁感應(yīng)來探測金屬物體，可以透過非金屬物體，比如紙張、木材、塑料、磚石、土壤、甚至水層，探測到被遮蓋的的金屬物體，比如在裝修房屋時，可以用它探測到墻內(nèi)的電線或鋼筋，以免造成施工危險和安全隱患；又如安檢用的金屬探測器就是根據(jù)這個原理制成的。

綜上所述，電磁灶與微波爐加熱原理不同；電磁灶、探雷器都是利用渦流原理制成的，但探雷器探雷消耗的能量不足以使地雷發(fā)熱，不會引爆地雷。