人类开始使用火的时间大约在100万年以前，在那个落后的狩猎采集时代，我们的祖先只能利用枯枝树叶生火，直接烘烤简单的食材。到了石器时代，人们才开始用石材制作出炊具来使用，石头具有良好的保温性，因此到了现代人们还在用石板来烘烤面食。
如果说直接利用柴火烘烤食材是简单粗暴的做法，那么使用窑炉来烘烤食物则充满了技术含量。这种用陶土打造的封闭空间，能聚集柴火传递的大量热能，炉壁会将这些热量高效地传递给食物，使其拥有外焦里嫩的口感。窑炉的出现，也促进面包制作技术从埃及走向世界。
到了19世纪电烤箱的问世，终于让人们脱离了低效率的柴火烘烤方式，使得食品加工行业进入了快车道。当然，这一切得感谢法拉第、特斯拉等科学家们对电能所做出的贡献。这种一通电就能用的烤炉，足以颠覆古埃及人的认知，想不到烘烤食材竟变得如此简单快捷。
纵观历史，人们烘烤食物主要经历了三个阶段的变化，分别是炭火裸烤、窑炉和电烤箱。虽然电烤箱在便利性、可控性、节能环保等方面已经远远超越了前两者，但如今的炭火烧烤、窑炉面包仍颇受欢迎，这其中的原因有手工情怀、宣传噱头，也有老饕们口中的“人间烟火气”。
不管怎么说，电烤箱成为主流烘焙设备是毋庸置疑的。尽管烤箱的设计越来越人性化和智能化，但遗憾的是，很多人其实并不了解它。所谓了解烤箱的脾气，并不是测个温差这么简单。从接通电源开始，到香喷喷的美食出炉，这其中的原理涉及到了电学、热力学、材料学、化学等。不过这些理论知识并不枯燥，甚至还非常有趣，因为它们跟我们的日常生活息息相关。下面我将用深入浅出的方式，对电烤箱的工作原理、热量传递、温度分布、承载器具、应用实例几个方面进行讲解，请自行带好笔记本和板凳前排就坐。
工作原理
扒开那些“智能”、“互联网”等华丽的外衣，电烤箱的骨架就是一个铁皮箱子加几根发热管子。与燃烧木柴不同的是，它的使命是将电能转换成热能。发热管就是完成这项使命的核心部件，它利用到的原理就是电流的热效应，发热量与通过导体电流的平方、电阻成正比，也就是电流越大，发热功率越高。
搞清楚了上面的知识点，你就明白为什么有的烤箱额定电压是220v，有的是380v，而烤箱使用的电流也有10a与16a之分。提高电压或者电流的目的都很明显，就是增加烤箱在单位时间内输出的功率，提高烘烤的效率，这种提升在体积较大的烤箱中尤为明显。
在现代电烤箱中，发热管的材质主要有石英和不锈钢两种。石英管的发热效率快、成本低，缺点是不够坚固耐用；不锈钢管里面一般都填充了氧化镁粉末，在导热性、耐用性方面都表现得非常出色，但成本稍高。在早期由于成本原因，很多低端烤箱都使用石英发热管，但现在不锈钢管已经逐渐取代了石英管的位置。
当发热管通电后，往往中间位置的温度会比两端的温度上升更快，所以将多根发热管设计成从左到右的平行结构，容易导致食物受热不均。如果采用单根M型的发热管，就能在很大程度上改善这个问题。
刚开始预热烤箱时，由于发热管在全功率运行，会出现发红的现象，但是当温度达到设定值后，发热管就会变成间隔通电，因此不会再现红色的状态。不过在一些M型发热管的烤箱中，发热管分布得比较密集，在预热时也会间隔通电，所以不发红也是正常的。
如果说通电的发热管如同野马一样疾速奔驰，那么烤箱的控温系统就是这匹野马的缰绳。我们可以想象得到，脱缰野马狂奔的后果必定是“所到之处死伤无数”，现实中的后果就是那如同黑碳般的食物。因此，一个优秀的烤箱必然有一个稳定而又精确的控温系统，那么这个控温系统是如何工作的呢？
首先，要在发热管附近的位置安装温度感应探头，这样才能准确监测到发热管的发热程度。像发热管一样，感应探头也有好坏之分。机械控温与电子控温烤箱的主要区别就体现在感应探头上面，机械烤箱使用的是双金属片，电子烤箱使用的是热敏电阻，也就是商家口中高大上的NTC（负温度系数），后者的灵敏度是前者的数倍。所以，机械控温烤箱不知道毁掉了多少人的烘焙梦想，也许这就是导致我国烘焙人才流失的罪魁祸首。
其次，除了配备牛逼的感应探头，还需要有控制发热管通断电的系统。温度是一种延时的参数，如同你在测量体温时需要等5分钟才读数那样。当然，烤箱的感应探头并不需要那么长的时间，但传统的控温系统往往会存在一定的延时与偏差。要想获得更稳定的温度曲线，就需要引入PID控制，它能有效解决感知温度的时滞性带来的影响。目前，这种PID控制基本上只在电子烤箱上配备。
简单来说，电烤箱完整的工作流程就是，当烤箱开始通电后，发热管温度逐渐升高并超过设定的温度，控制系统能通过感应探头监测到这一信号，于是马上切断发热管的电源，以阻止烤箱内温度继续上升。当断电一段时间后，温度降低至某个数值时，感应探头又会向控制系统发出信号，让发热管继续通电工作，如此反复循环。由此得出，烤箱内温度随着时间的变化是呈现波浪的曲线，而并非一条直线，考验厂家的就是如何将这条曲线的振幅变小，让它近似成为一条直线。
热量传递
在研究烤箱的温度分布之前，你需要先理解热量传递。其实，这些知识在我们上初中物理课就已经学过了。热量传递的途径主要有三种，分别是辐射、对流、传导。
辐射是世间万物的起源，我们目前所消费的大部分能源，都来自于太阳能。太阳通过辐射的方式，无私地将它的能量源源不断地输送给我们。实际上不只是太阳光，平时会发光的物体，比如火焰、灯泡、闪电等也会辐射出热量，只是这种热量相比太阳光而言太小了，我们感觉不出来。辐射的本质就是一种电磁波，这种射线与微波、X光类似。
对流的主要特点体现在“流”字上，它指的是流体。什么是流体呢？就是能流动的物体，比如气体、液体，在日常生活中最常见的就是空气与水。我相信聪明的你会马上想到，水煮食物就是利用水的对流传热，而空调则是利用空气来传递热量。产生对流需要具备两个基本条件，一是有流体，二是有温差。
传导也是很常见的一种传热方式，我们之所以触摸物体就能感受到温度就是传导的结果。传导常发生于固体之间，物体的温度越高，分子的热运动越强烈，而低温物体的分子运动缓慢。通过充分接触，分子运动强烈的一方就会带动微弱的一方，或者说缓慢的一方会拖慢快速的一方，以达到温度平均的状态。
你猜猜烤箱中会发生以上几种方式的热量传递呢？答案是三种都会发生。
普通的平炉烤箱，下发热管会源源不断地制造热空气往上升，为烤盘（或模具）提供温度，与此同时辐射也在进行，烤盘会将热量传导给食物，这个过程就发生了对流、辐射与传导。同理上发热管也发挥一样的作用，只是热空气只会往上升，所以上加热管的通过对流加热食材的效果非常有限，为了解决这个客观的缺陷，厂商在控制上发热管时会有意提高温度。另外上加热管的辐射作用会更加明显，因为我们烘烤大部分甜点都不会在顶部加盖。不只是发热管向食材发出辐射，当烤箱四壁的温度升高后，也会对食材产生微弱的辐射效果。
平炉不能多层同烤的原因很简单，在有多层食物的情况下，依靠发热管直上直下的方式加热，对流与辐射都无法穿透烤盘与中间厚厚的空气层，所以除了最上层烤盘的顶部与最下层烤盘的底部，其它层次几乎无法受热，这跟保温瓶的原理是一样的。尽管很多平炉具有热风循环功能，但遗憾的是，它的风扇口没有发热丝，因此它只能使烤箱内的热气分散均匀，而不能像真正的风炉那样输出高温热风。
可以说风炉的出现，就是为了解决平炉烘烤效率不高的问题。纯风炉烤箱的主要传热方式是对流，烤箱背部装有超大口径的风机与发热丝，能将高温的空气源源不断地送出，均匀对流到每一层食材上，传热效率非常高。因此，同样的食物，用风炉烘烤的温度与时间都可以减少。然而，风炉烤箱的表现并非十全十美，因为它那强力的热风会导致食材表面偏干，对某些需要湿润口感的甜点来说是不适用的。
另外，还有风炉平炉一体的烤箱和蒸烤箱，它们的传热方式比较多样化，你要根据设定的烘烤模式去分析，基本的原理在上文已提过，就不再赘述了。
温度分布
即使有M发热管、NTC感应探头和热风循环等高科技加持，但是要让烤箱的温度在时间与空间上达到绝对均匀分布，那是不可能的。随时间分布不均匀的问题，在工作原理一节已经说明。而在空间上分布不均匀，主要体现在水平方向与垂直方向上。
平炉烤箱的发热管在上下两端，无论是对流也好，辐射也罢，食物能获得的热量与食物到发热管的距离成反比。也就是说食物越靠近发热管，它能获取的热量就越高，距离越远，受热程度就越低。这个原理就能解释为什么小烤箱的温度不易控制了，比如在固定的温度与时间下，一个蛋糕的顶部离发热管有10厘米，烤出的色泽不错；当你将距离改为6厘米时，可能它的上色程度只是深一些；但是当你将距离缩短到2厘米时，也许顶部就变成焦炭了。
当你的平炉出现了水平方向上的温度不均时，例如一整盘曲奇的左边与右边上色明显不一样，这种问题当然可以通过中途调换位置来解决。不过出现这种现象的大部分原因是发热管温度分布不均，最好的做法还是换一台烤箱吧。
风炉烤箱在接近风扇一侧的食材也可能会出现上色偏深的问题，因为热风会随着行进距离的增加而降温。当然具体情况还得由你来判断，如果在烘烤某种食物时出现这种偏差，则下次有必要在烘烤的中途对换方向，让所有的食物上色均匀。
总的来说，大烤箱的温度分布比小烤箱更加均匀，风炉烤箱又比平炉烤箱更均匀。我建议家庭烘焙至少使用容量在40升以上的烤箱，以获得更均衡的温度。当然，你也要学会举一反三，掌握好烤箱内部温度与位置的关系。利用烤箱温度计测试出各个位置的温差，根据前一次烘烤食材的上色情况，再结合食谱要求做出科学的温度设定。这种看似麻烦的举动，是“磨刀不误砍柴功”的最佳实践。
用温度计测试烤箱温度可以这样做：如果你的烤箱拥有上下火独立功能，就先将温度计放入烤箱的最上层（如果顶层太靠近发热管，则再往下移一层），关掉下火而单独开上火，设定温度为160-200度之间（这个是烘焙较常用的温度范围），若干分钟后温度计的读数稳定，再看看读数与设定的温度差距是多少，这就是上火的温差，同理也可以这样测试出下火的温差。单独测温差的好处是可以更加精确地控制上下火的温度，在烘烤戚风蛋糕、泡芙等对温度很敏感的甜点时，能做出针对性调整，保证成功率。
如果你的烤箱由于年代久远，没有上下火独立控温功能，或者是纯风炉烤箱（没有上下发热管），那只能将温度计分别放在顶层、中层与底层去测量，计算出三个温度的平均值，再与设定温度相减，就是你的烤箱温差。即使你的烤箱不能上下火独立控温，但还是有一些技巧可以实现上下火不同温度加热的。比如通过改变烤盘的层级，烤盘越靠近某一端的发热管，那一端的加热温度就会越高。另外，还有盖锡纸、底部双烤盘等犀利的操作，都能有效地实现单侧降温，保证你屡试不爽。
不过，我还有一个终极大招介绍给你，那就是“买买买”！选购一款既有上下管独立控温，又带风炉的烤箱，均匀控温妥妥的。放厨房能提升档次，做私房能增加效率，绝对是两全其美！
承载器具
无论在电烤箱内烘烤什么食材，都离开不了承载器具，包括模具、烤盘、烤网等。其实烤盘也算是模具的一种，只不过它的受热面积比较大而已。根据材质、形状、颜色的不同，模具的导热性也会有所差异。
模具的主要材质有铜、铝合金、碳钢、不锈钢、硅胶等。铜的导热性极好，可以烘烤出硬脆的表皮，但是因为价格昂贵而使用较少。铝合金材质一般搭配涂层或者阳极氧化处理，它的特点是导热性较好、材质轻、易塑形，而且价格又便宜，因此得到了广泛的使用。碳钢的主要成分是铁与碳，也会搭配不沾涂层，相比铝合金导热性略差，但是制造成本很低，所以能在市场上占有一席之地。不锈钢这种材质拥有坚硬、耐腐蚀、耐高温、易清洁等众多优点，但是作为模具，它的导热性比较差，而且制造成本高，所以并不普及。硅胶是一种新型高分子材料，具有弹性好、质量轻、易脱模等优点，但是因导热性不佳会造成甜点不易上色，而且不耐高温（250度以上）。
当前烘焙所使用的模具形状各异，有圆形的蛋糕模具、中空的戚风模具、方形的吐司盒、扁平的玛芬连模等，这就决定了模具的加热效率是不一样的。在相同材质的情况下，模具越封闭，内部的水分越不容易挥发，食材吸收的辐射也越少，所以加热效率会比较慢。模具的体积太大，也会出现上述的情况，这时候你只能降低温度，延长烘烤时间来确保食材熟透。中空模具的设计，就是为了增加受热面积，提高烘烤效率的改进方案。
除了材质和形状，模具的颜色也能影响热量传递，这是由于不同的颜色能吸收热量的程度不同所造成的。你需要知道的是，颜色越深的模具吸收辐射的热量越高。像黑色的模具，就会比银色的模具受热快得多。因此你要学会根据模具颜色的不同，调整出合理的烘烤温度。
一般情况下，模具的底部要用烤网来支撑，而不是烤盘。因为烤盘与模具并非能严丝合缝在一起，就像地面虽然能支撑起四只脚的桌子，但实际上它们之间的接触面积可以忽略不计，而接触面积会影响到两个物体之间的热传导效率。如果使用烤网，则底部的发热管是以对流、辐射的形式直接将热量传递给模具，少了烤盘这个中间者，加热效率自然高多了。
应用实例
烘烤食物的本质就是提高食物的温度，使其内部的分子发生化学变化。影响加热效率的一个重要因素就是含水量，因为水的沸腾温度是100度，只要食物某个部位含有水分，该位置的温度就不会超过这个数值，那么引起食物上色的美拉德反应和焦糖化反应就无从谈起。油和糖有阻隔水分子运动的能力，所以油糖的含量越高，水就越不容易沸腾，需要加热的时间就会越长。
要做到内熟外不焦的状态，非常考验烘焙师的技术与经验。好在食谱作者都会给我们提供一套适用的烘烤方案，不至于让我们像无头苍蝇一样。三类最典型的食谱就是蛋糕、面包与饼干，这三类食物的水、油、糖占比各不相同，要因地制宜地设计出合理的方案。
在蛋糕面糊中，通常液体的含量要比面粉高很多，油糖的比例也比较高。此类面糊的流动性强，需要半封闭的模具装载。当模具的体积较大时，需要低温长时间烘烤，缓慢地让水分挥发掉。显然，外侧的水分挥发速度比内部快很多，只有当蛋糕的表面变得干燥时，才会开始上色。蛋糕面糊是三类食物中最不稳定的，长时间静置非常容易消泡，因此烤箱要提前充分预热，然后及时进行烘烤，这样做能防止底部沉积，蛋糕也更容易熟透。
相比蛋糕面糊的大水量而言，面包面团的含水量适中，油糖含量较少。由于面团基本上是固体，没有流动性，因此大部分情况下是不使用模具的，只需要烤盘就可以了。像吐司这样的模具面包，得益于吐司盒的保水能力，面包成品能保留较多的水分，口感更加柔软，但是要付出的代价是烘烤时间更长。除此之外，大部分无需模具的面包加热效率要比蛋糕快，当然前提条件是体积相同。那些低糖或无糖的欧式面包，通常含水量比较大，又缺少褐变反应的营养物质，需要采用更高的温度来加热才能上色，配合上蒸汽，就会产生外脆里软的效果。
饼干面团的水分含量极少，它能粘合成团主要靠的是大量的油脂与砂糖。要想让这种高油高糖的面团更快地烤熟，就得将面团分割成体积很小的份量。当面团变成扁平的形状后，受热面积增加，水分挥发速度提高，饼干面团的表面很容易产生焦糖化的效果，形成酥脆的口感。在烘烤的过程中，会有部分油脂因重力作用聚集在面团底部，而金属烤盘能提供稳定的热量使油脂温度升高（超过水的沸点温度），这样会导致饼干底部的加热效率比顶部高。因此，要将下火的温度设定比上火低一些，才能让两面的上色效果同步。
除了上述三类较常见的食物，还有两种比较极端的烘烤案例，分别是低温的水浴法和需要超高温的披萨。
水浴法一般用在芝士蛋糕、古早味蛋糕这些需要低温烘烤的甜点中。只要烤盘中的水一直存在，下火给模具传递的温度不会超过100度，而上火的加热也会受到水汽的影响。采用这种加热方式的甜点底部与侧面均不易上色，膨胀速度也非常缓和，不会出现较大的气孔。在烘烤过程中，烤箱内水雾缭绕，使蛋糕整体保持湿润的效果。水浴法利用的是层层传导的方法，烤盘将热量传导给水，水又将热量传导给模具，最后模具再将热量传导给面糊。在几次传导的过程中，热量会逐渐衰减，所以水浴法需要将烤盘与水充分预热，直到水在烤盘中出现沸腾的状态，这时才是送入烤箱的最佳时机。
披萨最早发源于意大利，当地人喜欢用窑炉来烘烤他们这种特色美食。窑炉中的炭火温度能高达400度以上，使得披萨在极短时间内变熟，达到外皮焦香酥脆、内部柔嫩多汁的状态。家庭制作披萨自然只能用到电烤箱，但是普通烤箱也就250度的极限温度，怎样模拟窑炉的效果呢？记得我在前文提过，石板能保持高温，因此可以使用电烤箱搭配烘焙石板这种组合。当石板经过充分预热后，就能在短时间内给披萨底部的面团输送大量热能，使饼皮极尽酥脆，而顶部的芝士馅料就能避免长时间烘烤而失去柔软拉丝的效果。
其它食物的烘烤方案基本上大同小异，可以根据它的水、油、糖含量综合考虑。毕竟还有食谱作者当你的指路明灯（坑爹的除外），只要你勤于练习，总能找到成功的门路。
总结
尽管烤箱不过是一个会发热的箱子，但是利用电能烘烤食物的整个过程，会涉及到很多的物理与化学常识。要想玩转你的烤箱，除了掌握烤箱的工作原理、热量传递、温度分布、承载器具、应用实例这几方面的理论基础外，还要懂得根据自己的实际情况做出调整。用“像父母了解孩子一样了解它”来形容，一点都不过分。
也许这是学习烘焙最笨的方法，但也是最有用的方法。没有研究精神，是做不好烘焙的。不要总是指望别人告诉你具体怎么做，而是学会自己告诉自己该怎么做，经过不断地试验与总结，久而久之你就能独当一面了。
俗话说“授人以鱼，不如授之以渔”，但我更想做那个教你编织渔网的人，让你有能力去编织自己的梦想。
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