为什么电磁炉能把火锅加热,但人手放上去不烫?

去火锅店吃火锅,火锅的加热方式基本分为两类,直接加炭火的“铜锅涮肉”,另一种就是没有明火的电磁炉。有网友发现了一个现象,好像电磁炉在开始加热锅的时候,竟然不烫手。

电磁炉加热的时候真的会不烫手吗?如果手都感觉不到热,它又是怎么样把锅加热的呢?今天就说一说电磁炉。

电磁感应

电磁炉的原理是中学物理的重要知识点——电磁感应,堪称许多“物理学渣”的噩梦。虽然学起来头疼,但它在日常生活中应用极其广泛,大到各种各样的发电站,小到做饭的电磁炉,都跟它有关。

简单地说,电磁感应现象说的是在一个变化的磁场周围会产生感应电场。如果在这个电场里有导体,导体内部的电子定向移动,就可以产生感应电流。

某电磁炉内部的结构,图片来源:Wikipedia

在电磁炉内部,有一个大大的铜线圈,这个线圈就是用于产生变化磁场的。这个磁场的变化频率一般在 20kHz 以上(也就是每秒钟的变化次数超过 2 万次),如此快速变化的磁场,就会在垂直于电磁炉表面的区域,产生一个感应电场。

如果在这个感应电场区域放一个导体,比如放一个铁锅,在铁锅底部便会产生无数的感应电流,这些感应电流被称作涡流。

有了涡流,铁锅本身有一定的电阻,根据焦耳定律,这些电流便会在铁锅底部产生热量,从而起到加热效果。

不是所有的锅

都可以用电磁炉加热

如果家里有电磁炉,会发现并不是所有的锅都可以用电磁炉加热的。一般的电磁炉专用锅都是铁锅、不锈钢锅。砂锅、陶瓷锅、铝锅、铜锅之类的锅在电磁炉上是无法使用的。

砂锅、陶瓷锅不能用电磁炉加热很好理解,因为我们前面已经提到了,必须是把导体放在变化的磁场中才会产生涡流。砂锅、陶瓷锅显然不是导体,所以放上去是不能产生热量的。

铝锅和铜锅都是导体,为什么也不能产热呢?

它们在变化的磁场中确实也可以产生感应电流。但它们不是铁磁性物质,磁导率过低,无法产生足够强的涡流。另外,磁导率过低,它们的趋肤深度比较大,本身的电阻也比铁要低,这也让铝锅和铜锅电流热效应不如铁锅明显。所以综合这些因素,铝锅和铜锅这样的锅也不适用于电磁炉。

而开头我们提到的,把手放在电磁炉上,并不会感觉到热,也是因为我们的手并不满足导体和铁磁性这两个要求,不会在手里产生涡流,当然也就不会被加热了。

在网上能看到的用电磁炉加热鸡蛋,在铁锅里的一半被加热变白,而直接接触电磁炉的一半还是澄清透明的蛋清,也是这个原因。

在铁锅上的鸡蛋被加热了,而直接接触电磁炉部分依旧是凉的。图片来源:Yuppiechef

不过在这里要提醒一下,虽然在加热的过程中电磁炉表面是凉的,但当锅被加热之后,可千万不要再拿手去触摸电磁炉表面了,因为滚烫的铁锅会把热量传递到电磁炉表面,这时候再去摸是会被烫伤的。

电磁炉有辐射?

在搜索电磁炉和电陶炉资料的时候,会发现一种说法,说电磁炉有辐射,电陶炉没有辐射,这种说法并不靠谱。无论是电磁炉辐射还是电陶炉辐射,都属于非电离辐射,正常使用并不会对人体产生危害,对此不用担心。

电炉丝炉子 图片来源:电商平台截图

但有一类人在使用电磁炉的时候确实要小心,那就是安装了心脏起搏器的人群。

2006 年的一项研究了电磁炉和心脏起搏器之间的关系,电磁炉一般不会对心脏起搏器产生影响的,但是在特定条件下,比如距离电磁炉非常近,电磁炉的高度恰好在胸口以下,以及起搏器恰好是特定类型的起搏器,电磁炉才可能会对心脏起搏器产生影响。

英国心脏基金会的官网上也有关于心脏起搏器和电磁炉相关的问答,建议植入了心脏起搏器的患者跟电磁炉尽量保持 60 厘米以上(约 2 英尺)的距离。

所以,如果家里有安装了心脏起搏器的人,需要小心,可以考虑用电陶炉代替电磁炉。如果没有这样的情况,就可以随意选择。

参考文献

[1] Sweeney, Micah; Dols, Jeff; Fortenbery, Brian; Sharp, Frank (2014). Induction Cooking Technology Design and Assessment (PDF) (Report). ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Buildings.

[2] https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/lossy-transmission-lines-introduction-to-the-skin-effect/

[3] Irnich W, Bernstein A D. Do induction cooktops interfere with cardiac pacemakers?[J]. Europace, 2006, 8(5): 377-384.

[4] https://www.bhf.org.uk/informationsupport/heart-matters-magazine/medical/ask-the-experts/induction-hobs-and-pacemakers

策划制作

作者丨科学边角料 科普作者

审核丨孙明轩 上海工程技术大学 教授

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