傳統的電熱絲加熱或能源加熱產品已進入白熱化、同質化,其弊端也很明顯,比如效率、環保等問題。致使電磁加熱(IH)應用越來越廣泛,其加熱效率高、節能環保逐漸被眾人所接受,然而在開發中有許多的技術要點還是比較模糊的,比如不同功率下如何選擇線圈盤的參數?怎麼理論計算等等,目前也都靠試驗出來的,所以電磁加熱看似簡單,其實有很多的基礎研究內容未掌握。
經常會有人問到電磁爐加熱一鍋水到沸騰需要多長時間?銷售人員一味地宣傳節能環保,在用戶眼裡就是:感覺不到。這是一個模糊概念,用戶能感受到的就是加熱速度快。像電熱水壺一樣,燒一壺水等幾分鐘都覺得漫長。要弄清楚加熱時間還得有一套理論計算,雖然會有很多的因素影響,但好歹有個估算值吧。弄清楚這個問題首先需要知道幾個物理量。
1、熱量單位:焦耳
熱量的公制單位為焦耳,簡稱「焦」,符號 : J
是為了紀念英國著名物理學家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳而創立的。
2、能量單位:千瓦·時
千瓦·時(符號:kW·h)是一個能量量度單位,表示一件功率為一千瓦的電器在使用一小時之後所消耗的能量,也就是常說的一度電。
1千瓦時=1千瓦×1小時=1000瓦×1小時=1000瓦×3600秒=3600千焦
1kWh=
1kW×1h=1000W×1h=1000W×3600s=3600kJ
3、吸熱或散熱能力:比熱容
比熱容亦稱比熱容量,是熱力學中常用的一個物理量,表示物體吸熱或散熱能力。比熱容越大,物體的吸熱或散熱能力越強。它指單位質量的某種物質升高或下降單位溫度所吸收或放出的熱量。其國際單位制中的單位是焦耳每千克開爾文J/kg·K,即1kg物質的溫度上升1開爾文所需的能量。
比熱容的計算公式:
c 表示比熱容
Q 表示吸收的熱量
m 表示物體的質量
t0 表示物體的初溫
t 表示物體的末溫
4、水的比熱容
不同壓力,不同溫度下的液態水的定壓比熱容不同,在要求精度不高時,可近似認為常壓下、25℃時水的定壓比熱容c=4.2kJ/kg·℃,讀作「焦每千克攝氏度。注意開爾文K和攝氏度℃的區別。
根據比熱容其實就可以解出燒水的問題。
解: 設電磁爐功率P=2000W,效率η=86%,水重量m=1kg,水初溫t0=25℃,燒開水溫t=100℃,計算水燒開時所需時間。
計算水燒開所需熱量Q
由前面所述,1千瓦時(1度電)所產生的能量是3600kJ,2000W的電磁爐加熱效率為86%,則1小時做功產生的能量為2*3600kJ*0.86=6192kJ,那麼產生315kJ熱量的時間=315kJ/6192kJ=0.050872小時=3.0523分鐘,也就是說燒開1kg水需要3分鐘。
與電能千瓦時對等換算後公式:
T為小時,若轉換為分鐘乘以60即可
為簡化計算,固定溫度設定25到100度,三級能效效率86%,時間為分鐘,則公式簡化為:
T 為時間,單位分鐘
m 為重量,單位為千克
P 為功率,單位為千瓦
反過來講,已知時間再計算功率那也是一樣的。
公式變為:
得出P=6.1kW。
以上只是作為估算方法,式三和式四最為簡單,在電磁爐效率差不多的情況,就可口算得出加熱時間,式三和式四這就相當於有一個固定的係數6.1參與計算,根據實際電磁爐本身的效率變更這個係數即可快速算出。若要考慮參數多一點時,則用式二計算。
當然實際過程中,鍋具在吸收能量的同時,還會釋放能量,即會有散熱的情況,不同時的鍋具傳熱/散熱強度也有所不同,並且功率穩定度、水的質量、環境溫度、氣壓大小都會有影響。