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家用电热器

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电热器已成为现代家庭生活中不可缺少的日常用具,它们的工作原理是将电能转化为内能,与燃烧化石能源相比具有环保、安全、容易调控温度和热效率高等优点.现代家庭常见的电热器有:电熨斗、电饭锅、电磁炉、微波炉、电热水器、空间加热器、电热毯、消毒柜、浴霸、电烤箱和红外线取暖器等.电热器按电热转换方式可分为:电阻式电热器、感应式电热器、红外式电热器、微波式(电介质加热)电热器.

一、电阻式电热器

电阻式电热器(图1),它利用的是电阻R(发热体)产生热量.电阻加热有两种方式,一种是被加热的物体直接通过电流而加热的直接加热方式,另一种是将发热体加热后,用该热量对被加热的物体通过热传递(传导、对流、辐射)方式进行加热的间接加热方式.

家用电热器产品的加热多数是间接式加热,这种电热器的核心部分是发热体,是由电阻率大、熔点高的材料制成的,通常采用密闭型发热体.电流通过发热体后产生热,这些热再以热传递方式传送到被加热物体.如石英管电暖器是将卷绕的发热丝装在石英管内将热量对外辐射;电熨斗则是将发热体装在金属外壳内,并用云母绝缘.电热水壶、电热毯、电饭煲(电饭锅)、电炉、电热水器、PTC暖风机、空间加热器等都是电阻式电热器.

二、感应式电热器

感应式电热器原理如图2,它是将导体置于交变的磁场中,其内部将产生感应电流(又称“涡流”),涡流在导体内部克服内阻流动而产生热量.利用涡流产生热量进行加热的方法就是感应加热.感应加热必须有产生磁场的加热线圈.

放在与交流电源相连的线圈中的导体本身为被加热物体,这种感应加热方式叫做直接加热方式,被加热物体必须是导体.为了对绝缘体进行感应加热,则采用间接加热方式,即将被加热物体放在导电容器中,对容器进行感应加热,利用其散发的热量对被加热物体进行加热.

电磁炉作为厨具市场的一种新型灶具.它打破了传统的明火烹调方式,采用磁场感应电流(涡流)的加热原理.电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场,当用含铁质锅具的底部放置在炉面时,锅具即切割交变磁感线而在锅具底部金属部分产生交变的电流(涡流),涡流在导体内部克服内阻而流动时便产生了热,使器具本身自行高速发热,用来加热和烹饪食物,从而达到煮食的目的.为了提高热效率,锅可由铁、不锈钢等制成平底,增大与电磁炉的接触面积.电磁炉具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美等优点,能完成日常生活中的绝大多数烹饪任务.

电磁炉的加热原理决定了其使用的锅必须是导磁材料(铝或铜的锅不能加热)才能实现加热的目的.

三、红外式电热器

红外式电热器(图3)是先使电阻发热元件通电发热,利用该热来激发红外线发射物质,使其辐射出红外线来进行加热的方式.红外线是一种电磁波,由于不需要空气作为媒体,直接对被加热物体进行照射,红外式电热器具的原理是辐射加热方式,具有大幅度节约能源、升温迅速、穿透力强、设备简单、没有污染,是一种很有发展前途的电热器具.

红外线加热的优势在于:2.5μm~25μm左右的远红外线波长与塑料、食品及有机溶剂等有机化合物的吸收率的波长一致,加热效率高.利用远红外线干燥、加工及杀菌等,不容易破坏食品的色香味.目前,常见的红外线电热器具有红外线取暖器、浴霸、电烤箱和消毒柜等.

红外线系列电暖器的灯管有卤素管与石英管之分,石英质量会好些.石英管电暖器即插即热,冷却得也快,适用于浴室.很多红外线系列的电暖器,都做成风扇的造型,可摇头、定时、伸缩直杆,因此,如果几个人在一起聊天,扇形电暖器是很适合的.但是,远红外系列的电暖器在使用的时候会散发出光线,所以不太适合放在卧室.

浴霸的工作原理是通过红外灯泡的热辐射,来升高光照区域内的温度.

电烤箱也称电烤炉,一般以石英管或金属电热管作为加热元件,都是以远红外辐射来加热食品.电烤箱可以在家中烤制肉类及面食等.

四、微波式(电介质加热)电热器

将电介质(绝缘体)插入平行板电极之间,加上电场,电介质中的极性分子会沿着电场的方向形成有序排列,这一过程称为极化.外加电场越强,极化作用也越强.当外加电场改变方向时,则极性分子也随之以相反的方向形成有序排列.因此,若在电极间加上高频电场,则极性分子随电场方向的快速改变而剧烈旋转振动、摩擦.微波式(电介质加热)就是利用这时分子相互之间的摩擦而产生热量,完成了电磁能向内能的转换.

微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成(图4),可以阻挡微波从炉内逃出,以免影响人们的身体健康.装食物的容器则用塑料或陶瓷等绝缘材料制成,这些材料吸收微波能力很差,所以在食物加热过程中容器几乎不发热.微波炉的心脏是磁控管.这个叫磁控管的电子管是个微波发生器,它能产生振动频率为2450MHz的微波,能穿透食物达5cm深,这种2450MHz的振荡频率能高速振荡物体内的水分子和脂肪分子,使食物中的水分子和脂肪分子也随之剧烈运动,相互摩擦碰撞,从而产生了大量的内能,于是食物“煮”熟了.

用普通炉灶煮食物时,热量总是从食物外部逐渐进入食物内部的.而用微波炉烹饪,热则是直接在食物内部的同时产生,即使形状复杂的物体也能够比较均匀地加热,所以烹饪速度比其他炉灶快4至10倍,热效率高达80%以上.目前,其他各种炉灶的热效率无法与它相比.而微波炉由于烹饪的时间很短,能很好地保持食物中的维生素和天然风味.比如,用微波炉煮青豌豆,几乎可以使维生素C一点都不损失.另外,微波炉使用时既不污染空气与环境,还有杀菌消毒的作用.

使用微波炉时,应注意不要空“烧”,因为空“烧”时,微波的能量无法被吸收,这样很容易损坏磁控管.也要注意不要直接烧水,以免出现沸水伤人现象.另外,人体组织是含有大量水分的,一定要在磁控管停止工作后,再打开炉门,提取食物.

通过以上材料我们可以看出:无论是电阻式,还是感应式或是红外式都是直接或是间接地利用了电流的热效应.微波炉的微波与广播、电视的电波相似,它本身不会发热,只是一种能量.人们日常生活中使用的微波炉就是将通用的电能转化为2450MHz的超高频电磁波(即微波),并在炉腔内被食物吸收,使微波能又转化为食物的内能,从而达到对食物加热的目的.

了解各种电热器具的工作过程和加热原理,有利于合理购买和安全使用电热器具,让电能更好地为我们服务,提高我们的生活质量.