蘇教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書通用技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理3-2的第三章第2節(jié)渦流現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理3-2的第四章第7節(jié)渦流,教材中講述渦流的應(yīng)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(yīng)用。學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分知識時知識遷移存在障礙,產(chǎn)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?fàn)t內(nèi)的金屬熔化、電磁灶使灶上的鐵制器具發(fā)熱,探雷器能使鐵殼地雷發(fā)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(fā)現(xiàn)微波有“熱效應(yīng)”。
微波爐是一種用微波加熱食品的現(xiàn)代化烹調(diào)灶具。微波是指波長為0.01~1米的無線電波,其對應(yīng)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(tǒng),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(nèi)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(fā)生器。
微波加熱的原理簡單說來是:當(dāng)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?qū)㈦S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(chǎn)生了類似摩擦的現(xiàn)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(nèi)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(diào)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(xù)產(chǎn)生微波,再經(jīng)過波導(dǎo)系統(tǒng),耦合到烹調(diào)腔內(nèi)。在烹調(diào)腔的進口處附近,有一個可旋轉(zhuǎn)的攪拌器,因為攪拌器是風(fēng)扇狀的金屬,旋轉(zhuǎn)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(diào)腔內(nèi)。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(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為熱能的廚房電器。在電磁灶內(nèi)部,由整流電路將50/60Hz的交流電壓變成直流電壓,再經(jīng)過控制電路將直流電壓轉(zhuǎn)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(chǎn)生高速變化的磁場,當(dāng)磁場內(nèi)的磁感線通過金屬器皿(導(dǎo)磁又導(dǎo)電的鐵質(zhì)材料)底部金屬體內(nèi)產(chǎn)生無數(shù)的小渦流,使器皿本身自行高速發(fā)熱,然后再加熱器皿內(nèi)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(fā)熱傳導(dǎo)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(huán)境不產(chǎn)生熱輻射、體積小巧、安全性好和外觀美觀等優(yōu)點,能完成家庭的絕大多數(shù)烹飪?nèi)蝿?wù)。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(huán)內(nèi),線圈中的電流振蕩形成固定頻率交變磁場,當(dāng)有金屬接近時,利用金屬導(dǎo)磁的原理,改變了線圈的感抗,從而改變了振蕩頻率發(fā)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(nèi)的電線、埋在地下的水管和電纜,甚至能夠地下探寶,發(fā)現(xiàn)埋藏在地下的金屬物體。
高頻振蕩器探測金屬的原理
調(diào)節(jié)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(tài),也就是說剛好使振蕩器起振。當(dāng)探測線圈L靠近金屬物體時,由于電磁感應(yīng)現(xiàn)像,會在金屬導(dǎo)體中產(chǎn)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(tài)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(zhuǎn)換成聲音信號,根據(jù)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(huán)距金屬物體20cm時揚聲器就會發(fā)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(huán)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(yīng)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(nèi)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(jù)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(fā)熱,不會引爆地雷。