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生活中的物理学
1.4.12 涡流的应用——电磁炉
涡流的应用——电磁炉

电磁炉是通过电子线路板的组成部分产生交变磁场,当用含铁质锅具底部放置炉面时,锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流(即涡流),涡流使锅具底部铁质材料中的自由电子呈漩涡状交变运动,通过电流的焦耳热使锅底发热。电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具,所以热效率要比其他炊具的效率高出近1倍。电磁炉具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、体积小巧、安全性好等优点。因此,电磁炉还有一个好听的名字“绿色炉具”。

由于电磁炉是由锅底直接感应磁场产生涡流来产生热量的,因此不是所有炊具都能用符合电磁炉设计要求的是铁质(不锈钢)炊具,其他材质的炊具由于材料电阻率过大或过小,不能正常工作。同时由于铁对磁场有屏蔽效果,这样会减少磁辐射,所以铁锅比其他材质的炊具安全。

当一个回路线圈通过电流时,其效果相当于磁铁棒。因此线圈里面有磁场产生,有磁通量穿越。如果使用的交流电源,线圈的磁极和穿越回路面的磁通量都会产生周期性的变化。当有一导磁性金属物放置于回路线圈上方时,金属物内就会产生感应电流(即涡流),涡流使锅具内自由电子定向移动,与铁原子碰撞,使铁原子高速无规则运动,原子互相碰撞、摩擦而产生热能。

电磁炉线路板上线圈匝数越多,磁场越强,感应的电流越大,产生的热量越高,煮熟食物所需的时间就越短。因为使用高强度的磁场感应,所以炉面没有电流产生,因此在烹煮食物时炉面不会产生高温。现在电磁炉炉面大多都是使用了能耐高温的黑晶板,是一种相对安全的烹煮器具。在使用时,因为黑晶板会与锅具接触,会局部产生高温,所以在加热后的一段时间里,要防止烫伤。

电磁炉主要由两大部分构成:电子线路部分及结构性包装部分。

电磁炉也存在一定的危害。据专家介绍,电磁炉的辐射频率虽然大约相当于手机信号频率的六十分之一,但其辐射功率却要比手机大得多。这个辐射功率主要取决于电磁炉的电磁波的泄漏值,泄露越大对使用者的伤害就越大,长期使用对人的身体健康有较大的负面影响。

电磁炉用铁磁性金属器皿能量转换效率高,所产生的热力、温度足以作煮食用。铁磁性金属器皿的磁导率较高,有较浅的趋肤深度(导线中有交变电流流过时,导线内部实际上电流很小,电流集中在临近导线外表的一薄层,这等效于导线的截面减小,电阻增大。这一现象称为趋肤效应)。在交流下因为趋肤效应,可以让高频电流流过的横切面积减少,等效电阻较大,有利于依靠涡流加热。所谓“铁磁性金属”是指可以磁化的金属,简单来说就是可以被磁石所吸引的金属,主要的金属有铁、钴、镍。现在电磁炉专用的陶瓷瓦煲,实际上内藏铁磁性金属,因而可用于电磁炉。