揭秘电磁感应采暖炉对加热对象的选择

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一、问题背景

除夕夜，全家人围坐一起，准备用电磁感应采暖炉一边烫火锅一边看春晚。但是，当把锅端到电磁感应采暖炉上并接通电源时，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，然而电磁感应采暖炉却没有工作。正当大家都疑惑不解时，爸爸突然说电磁感应采暖炉不可以对铝锅加热!于是换上铁锅，电磁感应采暖炉终于正常地工作起来了!

二、提出问题

同样是金属，为什么电磁感应采暖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。

电磁加热实验目的：

探寻电磁感应采暖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），两个电磁感应采暖炉（规格相同），四份等质量的水。

（三）实验步骤:

1、检查电磁感应采暖炉周围有无其他热源、其他强磁体，并清理。插上电磁感应采暖炉的插头。

2、向铝锅A和铁锅B加入相同质量的水，然后分别放于电磁感应采暖炉的炉面。

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、铝锅下的电磁感应采暖炉不工作，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、铁锅下的电磁感应采暖炉开始工作，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：

电磁感应采暖炉不对铝锅加热，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。

为了避免电磁感应采暖炉本身的偶然性，将电磁感应采暖炉对换，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：电磁感应采暖炉不对铝锅加热，而可以对铁锅加热。

为了避免锅体底面积大小影响电磁感应采暖炉工作的偶然性，不更换电磁感应采暖炉，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：电磁感应采暖炉不对铝锅加热，而可以对铁锅加热。

实验小结:

1、电磁感应采暖炉不对铝锅加热，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，在磁场中，可将磁感应强度增加几千甚至几万倍。

电磁感应采暖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,由公式可知，磁通变化量与有效面积S，磁感应强度变化量成正比。所以，电磁感应采暖炉形成的磁感线与铁锅相交部分的有效截面S一定，磁感应强度变化量越大，磁通变化量就越大。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（电磁感应采暖炉的加热功率越大），这也正是电磁感应采暖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。电磁感应采暖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。

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