電磁感應 加熱原理

文/郭明彰 |2022.11.24
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文/郭明彰

在寒冷的冬天來上一爐暖烘烘的火鍋,相信是許多人在寒冬中的絕佳選擇,早期火鍋是用炭火爐、卡式爐這類大火爐的爐具,除了加熱效率不佳外,得適時添加燃料,夾食物時還要小心不要被火燒到,自從電磁爐出現後,只要將插頭往電源插座輕輕一插,按一下開關,馬上就可以開始準備享受暖心的火爐,是什麼原理,可以讓電磁爐這麼方便又安全呢?

動電生磁  循環電流

電磁爐是利用電磁感應加熱的原理,讓爐具插上電後,將電能轉換為熱能的器具,當電磁感應後,會產生金屬導體產生渦電流,當電流通過電阻就會產生電流熱效應,藉此加熱金屬,此種現像就稱為電磁感應加熱原理。

在電磁感應加熱中,有一個很重要的主角—— 渦電流,這就是能讓鍋具加熱的主要功臣。渦電流現象是在1851年被法國物理學家萊昂·傅科(Léon Foucault)所發現,是由一個移動的磁場與金屬導體相交,或是由移動的金屬導體與磁場垂直交會所產生,但是在理想勻強磁場中不會產生渦電流。簡單來說就是電磁感應效應所造成。這個動作產生了一個在導體內循環的電流。磁場變化愈快,感應電動勢就愈大,渦電流就愈強,渦電流就能促使導體發熱。

由上述的渦電流現象中,我們可以知道,要讓電磁鍋產生渦電流,必須要有不斷變化的磁場,於是在電磁鍋的裝置中,除了利用金屬線圈通電產生磁場外,還得要有一個變頻器,負責供給線圈20KHz到40KHz的高頻率交流電流,經由金屬線圈產生相對應頻率的磁場變化。當交流磁場在通過鍋底時,就會感應產生渦電流,金屬鍋具本身就有電阻,當電流經過時就會產生電流熱效應,升高金屬鍋的溫度,此時加熱的金屬鍋就像一般電器一樣發揮加熱的功能,可用來煮熟鍋中食物。電磁爐的加熱原理不需要產生燃燒的化學反應,傳遞熱能的效率也比傳統的炭火或瓦斯好上許多,也不會排出二氧化碳等汙染氣體,更不用擔心在密閉空間中因瓦斯燃燒不完全所引發的一氧化碳中毒問題,可說是一種既環保又安全的加熱爐具。

選對鍋具  導電滿分

大家有沒有注意到,電磁爐使用的鍋具大都是鐵鍋、不鏽鋼鍋這類的金屬鍋具,這是因為電磁鍋的加熱原理需要可導電的器皿,藉由電流流經金屬,金屬本身的電阻產生電流熱效應來加熱,如果我們將鍋具換成鋁鍋或銅鍋這類電阻較低的鍋具,則加熱的效果就會較差,當然,若換成玻璃或陶瓷這類不導電的鍋具,就完全不適用於電磁爐。

渦電流的應用除了在加熱外,也被運用在無損檢測、監看金屬品結構、電磁剎車等應用,大家在享受熱騰騰火鍋的同時,也可以想想這原理還可被應用在哪些事物上,最後提醒大家,使用電磁爐一定要選對鍋具,才不會等了半個小時,鍋中的食物還完全不熟唷!

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