李永樂老師科普:電磁爐的原理是什麼?對人體有傷害嗎?

2020-12-12 李永樂物理

電磁爐使用的是電磁感應所產生的渦流對食物進行加熱的。

英國物理學家法拉第最早發現了電磁感應現象,即當磁場變化時,導體中有感應電流產生。隨後,科學家麥克斯韋推斷:電磁感應產生的原因是變化的磁場會在周圍空間產生電場,這種電場與磁場垂直,並且首尾相接,稱為渦旋電場。如果在渦旋電場處存在導體,電場就會推動電荷運動,產生渦旋電流。

電磁爐就是利用這種原理製作的。在電磁爐內部,首先通過一定的方法將50Hz的工頻電流變為直流,然後再變為20KHz左右的高頻電流。高頻電流通入電磁爐面板中的線圈裡,就會產生高頻磁場,而高頻變化的磁場又會產生渦旋電場。

在不放鍋時,渦旋電場附近沒有導體,因此不會產生電流。如果放上了導體鍋,鍋底就會產生電流,這個電流生熱,因此就可以加熱食物了。

為什麼電磁爐要使用鐵鍋或者不鏽鋼鍋呢?這是因為鐵鍋有兩個好處:

第一,鐵鍋是導電的。如果用陶瓷鍋,不導電,就不能產生渦流。

第二,鐵鍋是鐵磁性的。所謂鐵磁性,就是可以加強外界磁場。高頻電流產生的磁場被加強之後,可以產生更強的渦旋電場,電流才足夠大。如果使用銅鍋或者鋁鍋,由於這兩種金屬不是鐵磁性的,不能加強磁場,因此渦旋電場不夠大。

由於電磁爐產生高頻振蕩磁場,會有電磁波產生。一般而言,電磁波範圍不夠大,強度也不足以對普通人產生危害。但是,這種電磁波依然可能對某些電子設備產生影響,例如對裝有心臟起搏器的人,最好避免距離電磁爐太近。

機場安檢時使用的手持式安檢儀(金屬探測器)原理與電磁爐相同。

這種安檢儀內部有個線圈,通過交流電時會產生變化磁場,變化磁場產生渦旋電場。如果人身上藏有金屬物體,金屬物體上就會產生渦流。而這個渦流會再次產生磁場,磁場會被探測器感受到,發出警報。探雷器等原理也基本相同。

李永樂老師:北京大學物理與經濟雙學士,清華大學電子工程碩士;北京市中學物理教師/物理競賽教練。從教十年,培養清華北大學生200餘人,國際奧賽、亞洲奧賽、國家奧賽金牌十餘名。

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