揭秘电磁炉对加热对象的选择

一、问题背景

除夕夜，全家人围坐一起，准备用电磁炉一边烫火锅一边看春晚。但是，当把锅端到电磁炉上并接通电源时，只见它亮着电源指示灯，暂停/开始键一直闪个不停，还发出“叮···叮···叮”的声音，然而电磁炉却没有工作。正当大家都疑惑不解时，爸爸突然说电磁炉不可以对铝锅加热!于是换上铁锅，电磁炉终于正常地工作起来了!

二、提出问题

同样是金属，为什么电磁炉给铁锅加热而不给铝锅加热呢？除夕夜的事件只是个偶然事件，还是蕴藏着某种物理原理。这个问题引起了我强烈的好奇心，我决定先设计实验来进一步验证除夕夜事件，再从理论上寻找原因。

实验目的：

探寻电磁炉是真的可以对铁锅加热而不可以对铝锅加热吗?

（二）实验器材:

铝锅A和铁锅B（锅底面积相同），铝锅C和铁锅D（锅底面积相同），两个电磁炉（规格相同），四份等质量的水。

（三）实验步骤:

1、检查电磁炉周围有无其他热源、其他强磁体，并清理。插上电磁炉的插头。

2、向铝锅A和铁锅B加入相同质量的水，然后分别放于电磁炉的炉面。

3、点开电源键，选择“烧水”功能，点击“开始”。

（四）实验现象与记录:

1、铝锅下的电磁炉不工作，电源指示灯一直亮着，“开始”键的指示灯闪烁，同时发出“叮···叮···叮”的声音

2、铁锅下的电磁炉开始工作，并伴随着发出“呼···”的声音，加热至3—4秒后，锅底出现小气泡，紧接着（10秒左右）铁锅也发出声音。

（五）实验结果记录：

电磁炉不对铝锅加热，而可以对铁锅加热。

为了使实验探究过程更具普遍性，我采用交换和改变实验器材，又进行了如下探究。

为了避免电磁炉本身的偶然性，将电磁炉对换，仍用之前的铝锅A和铁锅B继续进行第二次实验。

第二次实验结果记录：电磁炉不对铝锅加热，而可以对铁锅加热。

为了避免锅体底面积大小影响电磁炉工作的偶然性，不更换电磁炉，换用铝锅C和铁锅D，继续进行第三次实验。

第三次实验结果记录：电磁炉不对铝锅加热，而可以对铁锅加热。

实验小结:

1、电磁炉不对铝锅加热，而可以对铁锅加热。

2、在加热等质量的水的情况下，底面积较大的铁锅加热速度比底面积较小的铁锅略大。

四、理论揭秘

实验后，我上网查询了铝和铁两种材料在电磁感应现象中的区别：铝是顺磁性材料，其相对磁导率略大于1，在磁场中，磁感应强度略有增加。而铁，钴，镍属于铁磁材料＞＞1，在磁场中，可将磁感应强度增加几千甚至几万倍。

电磁炉的工作原理是通过电子线路板组成部分产生交变磁场。当把铁质锅具放在炉面时，锅具底面与磁感线近趋垂直而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流）。涡流使锅具铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能。影响这种感应电流大小的因素之一就是磁通变化量ΔΦ,由公式ΔΦ=ΔBS可知，磁通变化量与有效面积S，磁感应强度变化量ΔB成正比。所以，电磁炉形成的磁感线与铁锅相交部分的有效截面S一定，磁感应强度变化量ΔB越大，磁通变化量ΔΦ就越大。根据法拉第电磁感应定律E=n△φ/△t得知感应电动势与磁通量变化量大小成正比，与时间变化大小成反比。由此推出铁锅的材料（磁导率）一定，磁场的磁感应强度一定，磁通大小一定，减少变化时间，感应电动势随之变大（电磁炉的加热功率越大），这也正是电磁炉能控制加热功率达到快速加热食物的方式。

所以，铝锅虽然可以增加磁感应强度B，但如果将其放入电磁场中，它只可以产生极小的涡流，由这种非铁磁物质的磁导性弱，通过它的磁场只是一小部分，而大部分电磁场仍传播到周围的空间。反之，铁锅属于铁磁材料，可以大大的增加磁感应强度B，但如果将其放入电磁场中，就可以产生较大的涡流，利用涡流的热效应，就可以给锅内物质加热。电磁炉中设有的感应器会自动识别锅具是否满足要求，对不符合要求的锅具禁止加热，这些功能都是通过相关传感器和主控IC电路完成的。

五、体会与小结

由于现在还处于物理学习的初始阶段，自身存储知识不足，导致在搜集资料时面对陌生知识的不易理解。众多的公式和信息花费了很多时间去自习，并反复研磨。所以，要想真正的进入物理学的世界，我需要夯实基础、脚踏实地。同时在今后的学习和生活中要善于提问，善于思考，终有一天，我会真正跨入科学大门，成为一名科研人员。