科学发现：电磁感应烹饪可以减少厨房碳排放

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为了抑制气候变化，许多专家呼吁大规模使用电力替代化石燃料。目标是将家庭供暖、汽车供能等过程电气化，使用风能、太阳能以及水能这样低碳排放或是零碳排放的能源来满足日益增长的电力需求。
在加利福尼亚，包含伯克利、旧金山在内的30多座城市已经采取行动，禁止大部分新建建筑使用天然气。目前，旧金山建筑内能源使用产生的温室气体排放量，已经超过总排放量的40%。
在室内供暖、提供热水以及烘干衣物方面，使用电力都是比较便捷的，但是厨房内的电气化就要更具争议一些。传统的电炉，无论是加热还是冷却都非常慢。而且电炉的加热线圈在关闭几十分钟后仍是热的，还会给居民生活留下一定的安全隐患。
一位谨慎的厨师会怎么做呢？一个高科技的替代品就是电磁感应。这项技术最初是在一百多年前首次被提出，然后在1933年芝加哥世界博览会上向大众进行展示。如今的电磁炉和嵌入式灶具在欧洲和亚洲都已经十分普遍，但是在美国仍然是一个新兴技术。随着更多的城市和州都开始进行电气化，下面我们就来看一看电磁感应的工作原理，以及将它应用于烹饪的优势与弊端。
无火加热
我是专门研究电磁场的电气工程师。我的工作主要集中在医学治疗设备方面。但无论是把人体组织还是灶具上的平底锅置于电磁场之中，原理都是一样的。


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要了解电磁场到底是什么，最重要的是了解它周围由电荷产生的电场，电场本质上就是朝各个方向延伸的力。想想静电，它通常就是由摩擦产生的电荷。如果你让气球在头发上摩擦，摩擦力就会让气球带上静止的电荷，当你把气球拿开的时候，就算气球没有碰你的头发，头发也会飞起来，靠的就是电荷间的吸引力。
像电线内的电流这样移动的电荷会在电流周围的区域产生磁场。地球有地磁场，正是因为融化的地核内有着流动的电流。
磁场也能够产生电场，因此就有了电磁场一说。电磁场这个概念最初是在19世纪30年代，由英国科学家法拉第（Michael Farady）提出。法拉第发现如果带电的导体，像是电线，被放置在移动的磁场之中，那么在导体内部就会产生电场，我们称之为电磁感应。如果导体是一个环，那么环内就会产生电流。
法拉第的发现为电动机的发明打下了基础，他的研究展示了除了传统用火加热以外的另一种加热方式。
热量从何而来?
所有的物质都具有电阻，这就意味着当内部有电流经过的时候，电流会受到阻碍，电阻会导致部分电能的损失，而这部分能量就转化为热能，从而加热导体。在我生物医学的研究之中，我们研究了使用无线电频率的磁场来加热人体的组织，从而帮助组织的恢复。
与传统的灶具不同，电磁炉上面的加热点被称为电磁炉灶面，它包括了嵌在表面下的电线。为了达到最高的效率，工程师会希望灶面产生的磁场能可以最大程度的被上面的厨具所吸收。磁场会在厨具的下方形成电场，而因为厨具有电阻，就可以在灶面温度不变的情况下被加热。
为了能达到最好的工作效果，电磁炉和嵌入式灶具通常需要在高磁场频率下工作，通常是24千赫兹。同时他们还需要使用由磁场不会轻易穿过的材料制成的锅。铁、镍含量高的金属能够吸收磁场，因此他们是制造电磁炉的最佳选择。铁比镍更容易吸收磁场，而且也更便宜，因此铁制的材料被广泛用于电磁炉的生产之中。
更灵敏，更安全，但是也更贵
因为电磁炉需要有能够吸收磁场的物质才会产生热量，因此本质上来讲，他们要比传统的电炉更加安全，就算把手放在电磁炉灶面上也不会有明显的热度。而因为这些灶具并不会直接加热灶面，厨具被拿开之后灶面会迅速冷却，从而也减小烫伤的风险。
厨具本身受热冷却非常快，温度的把握也能十分的精准，这也是厨师们看重煤气灶的价值所在。另一优势是电磁炉的表面大多光滑，一般由玻璃或陶瓷制成，因此清洁起来也比较容易。
现代电磁炉灶具的能效和传统电炉的能效相差无几，但却是煤气炉的两倍。然而这并不意味着，电磁炉的使用成本就一定低。在美国的许多地区，天然气要比电力便宜的多，有时天然气价格仅为电的1/3或1/4。这某种程度上也解释了为什么欧洲的电磁炉使用如此广泛：因为欧洲之前的天然气价格要比电高得多。


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天然气和石油主要用于空间加热和水加热。电力主要用于加热设备和其他像是冰箱、电灯这样的设备。
另一影响电磁炉使用率的因素是它的价格通常要比传统的煤气炉以及电炉高，尽管高也高不了多少。还有就是厨师们不得不替换掉铝制，铜制，非磁性不锈钢制以及陶瓷的锅，因为这些锅在电磁炉上都无法正常使用。一个快速检测锅是否能用的方式，就是看磁铁能否吸附在锅的底部，如果能，那么这个锅就可以在电磁炉上使用。
尽管有着这些种种影响因素，我认为降低天然气使用的法令仍然会大幅增加电磁炉的使用。这些规定通常是针对新落成的建筑，所以现有的家庭住房一般不需要进行这样昂贵的转变。
搬进新家的单身青年或是家庭，也许还没有购入厨具，而且他们有可能很看重电磁感应技术带来的安全性，特别是那些有孩子的家庭。最先做出改变的人们愿意为来自清洁能源的电力或者是一辆混合动力车，一辆电动汽车多支付一些钱，也许也不在乎再多花几百美元买一个电磁炉以及配套的厨具了。
未来美国有可能在全国范围内实施碳定价，这一举措有可能会抬高天然气的价格。也有人越来越担心室内天然气设备引起的空气污染。在距电磁感应技术首次被提出一个多世纪的今天，电磁感应烹饪的春天有可能要来了。
撰文：Kenneth Mcleod，纽约州立大学、宾汉姆顿大学系统科学教授，临床科学与工程研究实验室主任
翻译：先雨
审校：殷姝雅
引进来源：theconversation
引进链接：https://theconversation.com/magnetic-induction-cooking-can-cut-your-kitchens-carbon-footprint-151422


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