基于磁渦旋的安全防觸電電熱水器

本期點(diǎn)評專家

譚迪熬" 中國發(fā)明協(xié)會院士專家咨詢工作委員會首任專家，中國發(fā)明協(xié)會中小學(xué)創(chuàng)造教育分會會長，科技創(chuàng)新教育特級教師，教育部國培計(jì)劃專家?guī)鞂＜摇?/p>

電熱水器是人們居家生活不可或缺的家用電器之一，但在使用過程中，存在因漏電而造成觸電事故的隱患。

在一次物理課上，老師展示了這樣一個實(shí)驗(yàn)：讓圓形磁鐵在水杯外上下快速運(yùn)動，為水杯里的冷水加熱。這令我十分好奇：如果將其中的科學(xué)原理運(yùn)用到電熱水器中對水進(jìn)行加熱，不就可以解決電熱水器漏電的問題了嗎？于是，我確立了“基于磁渦旋的安全防觸電電熱水器”的發(fā)明項(xiàng)目。

一、研究過程

（一）查閱書籍

首先，我到圖書館查找有關(guān)電熱水器的書籍，了解電熱水器的構(gòu)造和工作原理。

（二）設(shè)計(jì)圖紙

繪制基于磁渦旋的安全防觸電電熱水器設(shè)計(jì)圖紙，并就設(shè)計(jì)思路請教了專業(yè)人員。

（三）制作過程

本裝置主要由高速電機(jī)、磁鐵圓盤、銅質(zhì)水管、水箱等構(gòu)成。在家長的協(xié)助下，我網(wǎng)購了上述器材及焊接制作用具。

制作時，先將磁鐵圓盤固定在高速電機(jī)的軸上，在磁鐵圓盤的外圍3～5毫米處固定一根環(huán)形導(dǎo)水銅管，讓磁鐵與銅管的間距為2～5毫米，銅管兩端分別與水箱相連，用于加熱時水的循環(huán)。

測試時，打開開關(guān)讓電機(jī)工作。當(dāng)磁鐵圓盤旋轉(zhuǎn)后，銅管的溫度不斷上升，再提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，讓溫度上升得更快，這樣就能將電機(jī)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成熱能。在銅管內(nèi)灌水并利用水泵使其循環(huán)，水立馬就沸騰了，這說明銅管的溫度在100 ℃以上。

二、工作原理

利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流，將水加熱，即打開電源，電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)帶動磁鐵圓盤高速旋轉(zhuǎn)。每相鄰兩塊磁鐵之間的極性是相反的，高速旋轉(zhuǎn)的磁鐵圓盤會產(chǎn)生快速交變的磁場，使磁鐵圓盤附近的銅管產(chǎn)生渦流，讓銅管迅速升溫繼而帶動水溫上升。

三、創(chuàng)新點(diǎn)

（一）安全性高

基于磁渦旋的安全防觸電電熱水器中的電路、加熱元件與水路（如水箱、加熱管等）通過物理隔離的方式隔開，使水與電完全分離。該電熱水器內(nèi)部的電磁線圈采用無電極設(shè)計(jì)，穩(wěn)定可靠，不會產(chǎn)生電弧、火花等安全隱患，不會出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。

（二）加熱速度快

利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流加熱銅管，使銅管里的水循環(huán)加熱，其加熱速度比傳統(tǒng)電熱水器的更快，用戶可在短時間內(nèi)獲得熱水。

（三）加熱效率高

采用電磁感應(yīng)原理加熱水流轉(zhuǎn)化率高，能更快地將水加熱到所需溫度。

（四）維護(hù)成本低

該電熱水器內(nèi)部采用不銹鋼材質(zhì)，具有良好的耐腐蝕性和耐高溫性，降低了維護(hù)成本。

（五）節(jié)能效果好

基于磁渦旋的安全防觸電電熱水器是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，用電量較少，可省電節(jié)能。（指導(dǎo)老師：楊紅梅）

作者心聲

發(fā)明使人進(jìn)步，創(chuàng)新催人奮發(fā)。在本作品的設(shè)計(jì)與制作實(shí)踐過程中，我的創(chuàng)新思維得到提升，也鍛煉了應(yīng)用創(chuàng)新思維解決生活實(shí)際問題的能力。

總之，這項(xiàng)作品的設(shè)計(jì)制作過程是我學(xué)習(xí)、體驗(yàn)、收獲的過程。今后，我會繼續(xù)努力，爭取發(fā)明出對人類更有價值的作品，使人們的生活更便捷、更美好。

專家點(diǎn)評

宋佳宣同學(xué)的基于磁渦旋的安全防觸電電熱水器，是一件創(chuàng)新實(shí)踐作品。這是由于其核心技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)。例如，2002年5月8日，內(nèi)蒙古赤峰市郝春利的“磁能渦流電熱水器”已申請實(shí)用新型專利并獲得授權(quán)；2021年8月16日，相關(guān)產(chǎn)品的報(bào)道與使用方法視頻已在網(wǎng)上出現(xiàn)。但這一作品的完成過程，充分體現(xiàn)了宋佳宣同學(xué)對創(chuàng)新實(shí)踐的熱愛，具有對相關(guān)技術(shù)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用能力，這對她的成長有一定的幫助。

黨的十八大以來，教育改革不斷深化，科學(xué)有效的大中小學(xué)一體化拔尖創(chuàng)新人才貫通培養(yǎng)機(jī)制正在形成。宋佳宣同學(xué)的這一行為，正是當(dāng)前我國中小學(xué)校與學(xué)生要大力提倡的，而拔尖創(chuàng)新人才最顯著的特點(diǎn)是具有原始創(chuàng)新能力。

因此，建議同學(xué)們在選定科技創(chuàng)新課題時，盡量避開“專業(yè)性較強(qiáng)，且需具備較為深厚的專業(yè)基礎(chǔ)的‘A’類項(xiàng)目”，它受人關(guān)注、容易“撞車”；而要力求選擇貼近生活的“B”類項(xiàng)目，以促使自身的原創(chuàng)能力獲得實(shí)質(zhì)性提升。