一圈细导线点亮小灯泡

熊小兰 黄春如

(樟树市第三中学 江西 樟树 331200)

1 电磁炉工作原理

电磁炉又名电磁灶，它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高，是一种安全、卫生、高效的节能橱具，家用普及程度很高.

电磁炉是一种利用电磁感应原理将电能转换为热的厨房电器.在电磁灶内部，由整流电路将50～60 Hz的交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为15～50 kHz的高频电压.高速变化的电流流过电磁炉线圈时会在其炉面空间产生高速变化的磁场.图1所示为电磁炉激发磁场的线圈盘，线圈盘呈密绕同心圆状.

图1

由于电磁炉面空间存在高速变化的磁场，因此，在电磁炉工作的台面上用一圈不大的普通导线就能点亮小灯泡.反过来，可根据灯泡明暗程度检测穿过灯泡线圈平面磁通量的有无及磁通量变化率的大小，验证法拉第电磁感应定律.

2 实验过程及成因

(1) 用长约30 cm的细导线，两端与“1.5 V，0.3 A”的小灯泡相连接.将烹饪锅放置在电磁炉面上一半位置处(由于电磁炉设有自动检测控制装制，若不放器具电磁炉将自动关机)，另一半位置留做实验空间.将细导线并拢,置于电磁炉实验空间面上，给电磁炉通电.将导线用竹筷从电磁炉旁边逐步推至中心位置，观察小灯泡发光情况.这一过程中小灯泡始终无亮光.

原因：由于灯泡回路的有效面积为零，磁通量的变化率为零，灯泡不发光.

(2) 将小灯泡回路拉到接近圆形，重新置于电磁炉实验空间面上，给电磁炉通电.并用竹筷将圆形导线从旁边逐步推至中心位置，观察小灯泡发光情况，此时小灯泡由暗红变为无光再成暗红而后逐渐变亮.

图2

原因：图2所示为电磁炉线圈盘在炉面上激发的磁感线示意图.在左半部分，由于放有强磁性材料制成的烹饪锅(如铁制锅具)，其导磁能力强，线圈盘激发的磁场几乎沿着锅体底部形成闭合回路，磁场回路的磁阻非常小，锅底形成的涡流大，因而产生大量的焦耳热.这就是电磁炉的工作原理.在右半部分，由于空置(导磁能力弱磁性的陶瓷、铜、铝等与之相近)，磁场直接穿过台面形成闭合回路，此时磁场的磁阻很大，若有铜、铝等锅具放置，虽能在其底部形成涡流，但热效率低.这就是实际当中不使用非铁磁性材料制做电磁炉炊具的原因.

当灯泡回路从电磁炉台面边缘推至中心的过程中，由图2右半部分可看出：起初回路中有弱的磁通量通过，因而灯泡暗红.而后灯泡回路中的合磁通量逐渐减弱，再转为逐渐加强，接近中心位置最强.因而灯泡从无光转为暗红再至最亮.

(3)将灯泡线圈拉成矩形，使矩形平面与电磁炉台面垂直，矩形的一竖直短边与台面中心位置重合，另一长边与线圈盘半径方向重合.给电磁炉通电.此时灯泡无亮光；以矩形竖直边为轴，使小灯泡线圈平面旋转，小灯泡始终无亮光.

原因：由图1、图2可知，当灯泡线圈平面始终与线圈盘平面垂直且绕中心轴旋转时，穿过灯泡线圈平面的磁通量始终为零，因而灯泡始终不发光.

3 其他

(1) 用矿泉水瓶盖在其上绕几圈导线与发光二极管相连也可进行上述实验.

(2) 为探究涡流与炊具材质的关系，还可利用两个矿泉水瓶盖分别装同样多水，用1角人民币中的铝币和钢币分别放于两瓶盖中，两瓶盖对称地放于电磁炉盘面上，然后给电磁炉通电，观察结果，探究原因.