一圈細導線點亮小燈泡

熊小蘭 黃春如

(樟樹市第三中學 江西 樟樹 331200)

1 電磁爐工作原理

電磁爐又名電磁灶，它無需明火或傳導式加熱而讓熱直接在鍋底產生，因此熱效率得到了極大的提高，是一種安全、衛生、高效的節能櫥具，家用普及程度很高.

電磁爐是一種利用電磁感應原理將電能轉換為熱的廚房電器.在電磁灶內部，由整流電路將50～60 Hz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15～50 kHz的高頻電壓.高速變化的電流流過電磁爐線圈時會在其爐面空間產生高速變化的磁場.圖1所示為電磁爐激發磁場的線圈盤，線圈盤呈密繞同心圓狀.

圖1

由于電磁爐面空間存在高速變化的磁場，因此，在電磁爐工作的臺面上用一圈不大的普通導線就能點亮小燈泡.反過來，可根據燈泡明暗程度檢測穿過燈泡線圈平面磁通量的有無及磁通量變化率的大小，驗證法拉第電磁感應定律.

2 實驗過程及成因

(1) 用長約30 cm的細導線，兩端與“1.5 V，0.3 A”的小燈泡相連接.將烹飪鍋放置在電磁爐面上一半位置處(由于電磁爐設有自動檢測控制裝制，若不放器具電磁爐將自動關機)，另一半位置留做實驗空間.將細導線并攏,置于電磁爐實驗空間面上，給電磁爐通電.將導線用竹筷從電磁爐旁邊逐步推至中心位置，觀察小燈泡發光情況.這一過程中小燈泡始終無亮光.

原因：由于燈泡回路的有效面積為零，磁通量的變化率為零，燈泡不發光.

(2) 將小燈泡回路拉到接近圓形，重新置于電磁爐實驗空間面上，給電磁爐通電.并用竹筷將圓形導線從旁邊逐步推至中心位置，觀察小燈泡發光情況，此時小燈泡由暗紅變為無光再成暗紅而后逐漸變亮.

圖2

原因：圖2所示為電磁爐線圈盤在爐面上激發的磁感線示意圖.在左半部分，由于放有強磁性材料制成的烹飪鍋(如鐵制鍋具)，其導磁能力強，線圈盤激發的磁場幾乎沿著鍋體底部形成閉合回路，磁場回路的磁阻非常小，鍋底形成的渦流大，因而產生大量的焦耳熱.這就是電磁爐的工作原理.在右半部分，由于空置(導磁能力弱磁性的陶瓷、銅、鋁等與之相近)，磁場直接穿過臺面形成閉合回路，此時磁場的磁阻很大，若有銅、鋁等鍋具放置，雖能在其底部形成渦流，但熱效率低.這就是實際當中不使用非鐵磁性材料制做電磁爐炊具的原因.

當燈泡回路從電磁爐臺面邊緣推至中心的過程中，由圖2右半部分可看出：起初回路中有弱的磁通量通過，因而燈泡暗紅.而后燈泡回路中的合磁通量逐漸減弱，再轉為逐漸加強，接近中心位置最強.因而燈泡從無光轉為暗紅再至最亮.

(3)將燈泡線圈拉成矩形，使矩形平面與電磁爐臺面垂直，矩形的一豎直短邊與臺面中心位置重合，另一長邊與線圈盤半徑方向重合.給電磁爐通電.此時燈泡無亮光；以矩形豎直邊為軸，使小燈泡線圈平面旋轉，小燈泡始終無亮光.

原因：由圖1、圖2可知，當燈泡線圈平面始終與線圈盤平面垂直且繞中心軸旋轉時，穿過燈泡線圈平面的磁通量始終為零，因而燈泡始終不發光.

3 其他

(1) 用礦泉水瓶蓋在其上繞幾圈導線與發光二極管相連也可進行上述實驗.

(2) 為探究渦流與炊具材質的關系，還可利用兩個礦泉水瓶蓋分別裝同樣多水，用1角人民幣中的鋁幣和鋼幣分別放于兩瓶蓋中，兩瓶蓋對稱地放于電磁爐盤面上，然后給電磁爐通電，觀察結果，探究原因.