科學(xué)發(fā)現(xiàn)：電磁感應(yīng)烹飪可以減少?gòu)N房碳排放

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為了抑制氣候變化，許多專家呼吁大規(guī)模使用電力替代化石燃料。目標(biāo)是將家庭供暖、汽車(chē)供能等過(guò)程電氣化，使用風(fēng)能、太陽(yáng)能以及水能這樣低碳排放或是零碳排放的能源來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的電力需求。
在加利福尼亞，包含伯克利、舊金山在內(nèi)的30多座城市已經(jīng)采取行動(dòng)，禁止大部分新建建筑使用天然氣。目前，舊金山建筑內(nèi)能源使用產(chǎn)生的溫室氣體排放量，已經(jīng)超過(guò)總排放量的40%。
在室內(nèi)供暖、提供熱水以及烘干衣物方面，使用電力都是比較便捷的，但是廚房?jī)?nèi)的電氣化就要更具爭(zhēng)議一些。傳統(tǒng)的電爐，無(wú)論是加熱還是冷卻都非常慢。而且電爐的加熱線圈在關(guān)閉幾十分鐘后仍是熱的，還會(huì)給居民生活留下一定的安全隱患。
一位謹(jǐn)慎的廚師會(huì)怎么做呢？一個(gè)高科技的替代品就是電磁感應(yīng)。這項(xiàng)技術(shù)最初是在一百多年前首次被提出，然后在1933年芝加哥世界博覽會(huì)上向大眾進(jìn)行展示。如今的電磁爐和嵌入式灶具在歐洲和亞洲都已經(jīng)十分普遍，但是在美國(guó)仍然是一個(gè)新興技術(shù)。隨著更多的城市和州都開(kāi)始進(jìn)行電氣化，下面我們就來(lái)看一看電磁感應(yīng)的工作原理，以及將它應(yīng)用于烹飪的優(yōu)勢(shì)與弊端。
無(wú)火加熱
我是專門(mén)研究電磁場(chǎng)的電氣工程師。我的工作主要集中在醫(yī)學(xué)治療設(shè)備方面。但無(wú)論是把人體組織還是灶具上的平底鍋置于電磁場(chǎng)之中，原理都是一樣的。


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要了解電磁場(chǎng)到底是什么，最重要的是了解它周?chē)呻姾僧a(chǎn)生的電場(chǎng)，電場(chǎng)本質(zhì)上就是朝各個(gè)方向延伸的力。想想靜電，它通常就是由摩擦產(chǎn)生的電荷。如果你讓氣球在頭發(fā)上摩擦，摩擦力就會(huì)讓氣球帶上靜止的電荷，當(dāng)你把氣球拿開(kāi)的時(shí)候，就算氣球沒(méi)有碰你的頭發(fā)，頭發(fā)也會(huì)飛起來(lái)，靠的就是電荷間的吸引力。
像電線內(nèi)的電流這樣移動(dòng)的電荷會(huì)在電流周?chē)膮^(qū)域產(chǎn)生磁場(chǎng)。地球有地磁場(chǎng)，正是因?yàn)槿诨牡睾藘?nèi)有著流動(dòng)的電流。
磁場(chǎng)也能夠產(chǎn)生電場(chǎng)，因此就有了電磁場(chǎng)一說(shuō)。電磁場(chǎng)這個(gè)概念最初是在19世紀(jì)30年代，由英國(guó)科學(xué)家法拉第（Michael Farady）提出。法拉第發(fā)現(xiàn)如果帶電的導(dǎo)體，像是電線，被放置在移動(dòng)的磁場(chǎng)之中，那么在導(dǎo)體內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，我們稱之為電磁感應(yīng)。如果導(dǎo)體是一個(gè)環(huán)，那么環(huán)內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生電流。
法拉第的發(fā)現(xiàn)為電動(dòng)機(jī)的發(fā)明打下了基礎(chǔ)，他的研究展示了除了傳統(tǒng)用火加熱以外的另一種加熱方式。
熱量從何而來(lái)?
所有的物質(zhì)都具有電阻，這就意味著當(dāng)內(nèi)部有電流經(jīng)過(guò)的時(shí)候，電流會(huì)受到阻礙，電阻會(huì)導(dǎo)致部分電能的損失，而這部分能量就轉(zhuǎn)化為熱能，從而加熱導(dǎo)體。在我生物醫(yī)學(xué)的研究之中，我們研究了使用無(wú)線電頻率的磁場(chǎng)來(lái)加熱人體的組織，從而幫助組織的恢復(fù)。
與傳統(tǒng)的灶具不同，電磁爐上面的加熱點(diǎn)被稱為電磁爐灶面，它包括了嵌在表面下的電線。為了達(dá)到最高的效率，工程師會(huì)希望灶面產(chǎn)生的磁場(chǎng)能可以最大程度的被上面的廚具所吸收。磁場(chǎng)會(huì)在廚具的下方形成電場(chǎng)，而因?yàn)閺N具有電阻，就可以在灶面溫度不變的情況下被加熱。
為了能達(dá)到最好的工作效果，電磁爐和嵌入式灶具通常需要在高磁場(chǎng)頻率下工作，通常是24千赫茲。同時(shí)他們還需要使用由磁場(chǎng)不會(huì)輕易穿過(guò)的材料制成的鍋。鐵、鎳含量高的金屬能夠吸收磁場(chǎng)，因此他們是制造電磁爐的最佳選擇。鐵比鎳更容易吸收磁場(chǎng)，而且也更便宜，因此鐵制的材料被廣泛用于電磁爐的生產(chǎn)之中。
更靈敏，更安全，但是也更貴
因?yàn)殡姶艩t需要有能夠吸收磁場(chǎng)的物質(zhì)才會(huì)產(chǎn)生熱量，因此本質(zhì)上來(lái)講，他們要比傳統(tǒng)的電爐更加安全，就算把手放在電磁爐灶面上也不會(huì)有明顯的熱度。而因?yàn)檫@些灶具并不會(huì)直接加熱灶面，廚具被拿開(kāi)之后灶面會(huì)迅速冷卻，從而也減小燙傷的風(fēng)險(xiǎn)。
廚具本身受熱冷卻非常快，溫度的把握也能十分的精準(zhǔn)，這也是廚師們看重煤氣灶的價(jià)值所在。另一優(yōu)勢(shì)是電磁爐的表面大多光滑，一般由玻璃或陶瓷制成，因此清潔起來(lái)也比較容易。
現(xiàn)代電磁爐灶具的能效和傳統(tǒng)電爐的能效相差無(wú)幾，但卻是煤氣爐的兩倍。然而這并不意味著，電磁爐的使用成本就一定低。在美國(guó)的許多地區(qū)，天然氣要比電力便宜的多，有時(shí)天然氣價(jià)格僅為電的1/3或1/4。這某種程度上也解釋了為什么歐洲的電磁爐使用如此廣泛：因?yàn)闅W洲之前的天然氣價(jià)格要比電高得多。


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天然氣和石油主要用于空間加熱和水加熱。電力主要用于加熱設(shè)備和其他像是冰箱、電燈這樣的設(shè)備。
另一影響電磁爐使用率的因素是它的價(jià)格通常要比傳統(tǒng)的煤氣爐以及電爐高，盡管高也高不了多少。還有就是廚師們不得不替換掉鋁制，銅制，非磁性不銹鋼制以及陶瓷的鍋，因?yàn)檫@些鍋在電磁爐上都無(wú)法正常使用。一個(gè)快速檢測(cè)鍋是否能用的方式，就是看磁鐵能否吸附在鍋的底部，如果能，那么這個(gè)鍋就可以在電磁爐上使用。
盡管有著這些種種影響因素，我認(rèn)為降低天然氣使用的法令仍然會(huì)大幅增加電磁爐的使用。這些規(guī)定通常是針對(duì)新落成的建筑，所以現(xiàn)有的家庭住房一般不需要進(jìn)行這樣昂貴的轉(zhuǎn)變。
搬進(jìn)新家的單身青年或是家庭，也許還沒(méi)有購(gòu)入廚具，而且他們有可能很看重電磁感應(yīng)技術(shù)帶來(lái)的安全性，特別是那些有孩子的家庭。最先做出改變的人們?cè)敢鉃閬?lái)自清潔能源的電力或者是一輛混合動(dòng)力車(chē)，一輛電動(dòng)汽車(chē)多支付一些錢(qián)，也許也不在乎再多花幾百美元買(mǎi)一個(gè)電磁爐以及配套的廚具了。
未來(lái)美國(guó)有可能在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)施碳定價(jià)，這一舉措有可能會(huì)抬高天然氣的價(jià)格。也有人越來(lái)越擔(dān)心室內(nèi)天然氣設(shè)備引起的空氣污染。在距電磁感應(yīng)技術(shù)首次被提出一個(gè)多世紀(jì)的今天，電磁感應(yīng)烹飪的春天有可能要來(lái)了。
撰文：Kenneth Mcleod，紐約州立大學(xué)、賓漢姆頓大學(xué)系統(tǒng)科學(xué)教授，臨床科學(xué)與工程研究實(shí)驗(yàn)室主任
翻譯：先雨
審校：殷姝雅
引進(jìn)來(lái)源：theconversation
引進(jìn)鏈接：https://theconversation.com/magnetic-induction-cooking-can-cut-your-kitchens-carbon-footprint-151422


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