电与磁的生热“魔法”

电与磁似一对形影不离的好兄弟，它们相伴相随，互相影响。在它们的作用下，许多物理现象就此诞生。让我们一起来看看，电与磁是如何交织生热的吧！

或许你还记得，在2024年1月的《知識就是力量》杂志中，我们做过一个有关电磁感应现象的物理实验：一个闭合线框与电流表串联，当闭合线框切割蹄形磁铁的磁感线时，电流表有示数，说明产生了感应电流。这是因为，在切割磁感线的过程中，穿过闭合电路（线框）的磁通量发生了变化。

同样的道理，当闭合电路换成了金属导体块，金属导体块切割磁感线时，由于穿过金属导体块的磁通量发生了变化，其内部也会产生感应电流。这种感应电流较为特别，会在金属导体块内形成环路形状，就像水的旋涡，因此称为涡电流。

变化的磁场产生涡电流示意图（绘图/张玲）

电生磁原理示意图（供图/张春怡）

由于金属导体块有内阻，所以涡电流在金属导体块内流动时会产生大量的焦耳热（电流通过导体时产生的热量）。利用涡电流的热效应进行加热的方式被称为电磁感应加热，电磁感应加热中产生的热量与涡电流的大小、金属导体材料有关。

作为一种感应电流，要想形成涡电流，就需要让穿过金属导体块的磁通量发生变化。在实验中，我们可以通过导体切割磁铁的磁感线，实现磁通量的改变。但是，如果我们不想让导体进行切割运动，是否可以制造一个能够发生变化的磁场，从而引起磁通量的改变，进而形成涡电流呢？答案是肯定的。

那么，这个可以变化的磁场是如何产生的呢？这就用到了物理学中“电生磁”的原理，即通电导线周围有磁场，改变电流的方向和大小，磁场的方向和大小也会相应发生改变。因此，可以使用通有不同频率交变电流的线圈来产生变化的磁场。

也就是说，变化磁场的形成是“电生磁”的过程，涡电流的形成是“磁生电”的过程，焦耳热的产生则是“电生热”的过程。

电磁炉就是利用上述的电磁感应加热原理来烹饪食物的。由于电磁感应加热是金属导体自身发热的过程，属于非接触式加热，具备损耗低、功率高、污染少等优点。

电磁炉通电后，其内部的电子线路系统会将城市电网中获取的普通交流电进行一系列变换，最终获得高频交流电，高频交流电再通过线圈盘形成变化的磁场。

电磁炉的结构

为了实现电磁感应加热，面板上必须放置金属材质的锅具（相当于金属导体块），这样，锅具的锅底就会在变化的磁场中产生涡电流而发热，再通过传导传热的方式加热食物。

在电磁炉的使用过程中，锅具发挥了金属导体块的作用，因此，电磁炉的加热效率与制作锅具的材料有关——锅具的磁导率和电阻，影响着电磁炉的加热效率。

电磁炉工作原理示意图。电磁炉能将90%的电能通过锅具产生的涡电流转化为热能（供图/张春怡）

走进了千家万户的电磁炉，蕴含着如此丰富的科学道理。其实，还有许多物理现象就在你的身边，等待着你用好奇心推开一扇扇科学之门，领略其中的风景。

（责任编辑 / 高琳   代竹蕊  美术编辑 /周游）