微波爐、電磁灶與探雷器

蘇教版普通高中課程標準實驗教科書通用技術必修1的第162頁和第164頁兩處提及微波爐；蘇炳如主編的普通高中課程標準實驗教科書物理3-2的第三章第２節渦流現象與電磁灶中詳細介紹了電磁灶和安全檢查報警器；人教版普通高中課程標準實驗教科書物理3-2的第四章第７節渦流，教材中講述渦流的應用時，講到了渦流在真空冶煉爐、變壓器鐵芯和探雷器、安檢門中的應用。學生在學習這部分知識時知識遷移存在障礙，產生如下疑問：1、微波爐與電磁灶加熱原理是否相同？2、真空冶煉爐使爐內的金屬熔化、電磁灶使灶上的鐵制器具發熱，探雷器能使鐵殼地雷發熱嗎？帶著這樣的疑問筆者查閱資料尋找答案以期與同行交流。

1 微波爐

1945年，測試雷達的美國工程師珀西.斯潘塞感覺有點餓，從口袋掏出幾塊巧克力---融化了。身邊沒有熱源為什么融化呢？細心的他從玉米地掰了些玉米種子放在雷達旁，第二天玉米變成爆米花，于是發現微波有“熱效應”。

微波爐是一種用微波加熱食品的現代化烹調灶具。微波是指波長為0.01～1米的無線電波，其對應的頻率為30000兆赫到300兆赫…為了不干擾雷達和其他通信系統，微波爐的工作頻率多選用915兆赫或2450兆赫，微波爐的外殼用不銹鋼等金屬材料制成，可以阻擋微波從爐內逃出，以免影響人們的身體健康。裝食物的容器則用絕緣材料制成，微波爐的心臟是磁控管，這個叫磁控管的電子管是個微波發生器。

微波加熱的原理簡單說來是：當微波輻射到食品上時，食品中總是含有一定量的水分，而水是由極性分子（分子的正負電荷中心，即使在外電場不存在時也是不重合的）組成的，這種極性分子的取向將隨微波場而變動。由于食品中水的極性分子的這種運動，以及相鄰分子間的相互作用，產生了類似摩擦的現象，使水溫升高，因此，食品的溫度也就上升了。用微波加熱的食品，因其內部也同時被加熱，放整個物體受熱均勻，升溫速度也快。

微波爐由電源，磁控管，控制電路和烹調腔等部分組成，如圖所示。電源向磁控管提供大約4000伏高壓，磁控管在電源激勵下，連續產生微波，再經過波導系統，耦合到烹調腔內。在烹調腔的進口處附近，有一個可旋轉的攪拌器，因為攪拌器是風扇狀的金屬，旋轉起來以后對微波具有各個方向的反射，所以能夠把微波能量均勻地分布在烹調腔內。微波爐的功率范圍一般為500～1000瓦。

2 電磁灶

電磁灶是一種利用電磁感應原理將電能轉換為熱能的廚房電器。在電磁灶內部，由整流電路將50/60Hz的交流電壓變成直流電壓，再經過控制電路將直流電壓轉換成頻率為20-40KHz的高頻電壓，高速變化的電流流過線圈會產生高速變化的磁場，當磁場內的磁感線通過金屬器皿(導磁又導電的鐵質材料)底部金屬體內產生無數的小渦流，使器皿本身自行高速發熱，然后再加熱器皿內的東西。故：電磁灶煮食的熱源來自于鍋具底部而不是電磁灶本身發熱傳導給鍋具，熱效率要比所有炊具的效率均高出近1倍，器具升溫快、熱效率高、無明火、無煙塵、無有害氣體、對周圍環境不產生熱輻射、體積小巧、安全性好和外觀美觀等優點，能完成家庭的絕大多數烹飪任務。因此，在電磁灶較普及的一些國家里，人們譽之為“烹飪之神”和“綠色爐具”。

3 探雷器

探雷器其實只是“金屬探測器”的一種用途。探雷器的核心是高頻振蕩器，在電子線路與探頭環內，線圈中的電流振蕩形成固定頻率交變磁場，當有金屬接近時，利用金屬導磁的原理，改變了線圈的感抗，從而改變了振蕩頻率發出報警信號，對非金屬不起作用。

金屬探測器除了用于探測有金屬外殼或金屬部件的地雷之外，還可以用來探測隱蔽在墻壁內的電線、埋在地下的水管和電纜，甚至能夠地下探寶，發現埋藏在地下的金屬物體。

高頻振蕩器探測金屬的原理

調節高頻振蕩器的增益電位器，恰好使振蕩器處于臨界振蕩狀態，也就是說剛好使振蕩器起振。當探測線圈L靠近金屬物體時，由于電磁感應現像，會在金屬導體中產生渦電流，使振蕩回路中的能量損耗增大，正反饋減弱，處于臨界態的振蕩器振蕩減弱，甚至無法維持振蕩所需的最低能量而停振。如果能檢測出這種變化，并轉換成聲音信號，根據聲音有無，就可以判定探測線圈下面是否有金屬物體了。

金屬探測器有較高的靈敏度，用它探測大塊金屬時，探測環距金屬物體20cm時揚聲器就會發出聲音，小到曲別針，甚至一枚大頭針都能檢測到，只是探測環線圈必須緊靠細小金屬物體。金屬探測器利用振蕩線圈的電磁感應來探測金屬物體，可以透過非金屬物體，比如紙張、木材、塑料、磚石、土壤、甚至水層，探測到被遮蓋的的金屬物體，比如在裝修房屋時，可以用它探測到墻內的電線或鋼筋，以免造成施工危險和安全隱患；又如安檢用的金屬探測器就是根據這個原理制成的。

綜上所述，電磁灶與微波爐加熱原理不同；電磁灶、探雷器都是利用渦流原理制成的，但探雷器探雷消耗的能量不足以使地雷發熱，不會引爆地雷。