Strona głównaPytania → Jak działa kuchenka indukcyjna?

Jak działa kuchenka indukcyjna?

Pytanie

Pyta Maciek

Chciałbym spytać, w jaki sposób działa kuchenka indukcyjna. Dlaczego można stosować tylko takie garnki, które przyciągają magnes? Czy jej sposób działania może mieć negatywny wpływ na skład chemiczny podgrzewanych potraw? Serdecznie pozdrawiam i gratuluję znakomitego pomysłu na popularyzację fizyki.

Odpowiedź

Odpowiada Damian Zdulski

Kuchenka indukcyjna zbudowana jest z umieszczonych pod blatem zwojów miedzianego drutu tworzących spirale. Podczas działania kuchenki przez zwoje płynie zmienny prąd elektryczny, który wytwarza pole magnetyczne. Gdy metalowy garnek stoi na blacie, to zmienny w czasie  strumień pola magnetycznego przenika jego podstawę. Zgodnie z prawem Faradaya (opisanym tutaj w rozdziale 24.1) generuje on prądy wirowe wewnątrz podstawy, których przepływ, zgodnie z prawem Joule’a, powoduje wydzielanie ciepła w garnku. W ten sposób energia elektryczna ze zwojów kuchenki poprzez pole magnetyczne jest bezpośrednio zamieniana na energię cieplną ogrzewającą garnek.

Wyżej wspomniany mechanizm działania wymaga stosowania metalowych garnków, aby mogły powstać prądy wirowe. Dodatkowo, aby grzanie było efektywne, garnki powinny być wykonane z metalu ferromagnetycznego. Spowodowane jest to tym, że w takich metalach na skutek większego efektu naskórkowego występuje mniejsza głębokość wnikania zmiennych prądów elektrycznych do wnętrza przewodnika, co przekłada się na większy opór i stąd większą ilość generowanego ciepła. Oprócz tego, w przypadku w tych metali ciepło powstaje z powodu strat energii przy ciągłym przemagnesowywaniu domen magnetycznych przez zmienne pole magnetyczne wytwarzane przez zwoje kuchenki. Jednak ten efekt ma mniejsze znaczenie i odpowiada za mniej niż 10% generowanego ciepła. Mimo tego jest teoretycznie możliwe stosowanie garnków z niemagnetycznych metali, ale w takim przypadku konieczna jest wielokrotnie większa częstotliwość prądu, aby odpowiednio zwiększyć efekt naskórkowy. Poza tym garnki powinny mieć płaską podstawę, ponieważ pole magnetyczne wytwarzane przez kuchenkę szybko zanika wraz z wysokością.

Gotowanie indukcyjne jest bardzo energooszczędne, gdyż w przeciwieństwie do innych typów kuchenek blat oraz powietrze są nagrzewane tylko wtórnie poprzez kontakt z rozgrzanym garnkiem. Dodatkowo, blat jest wykonany z charakteryzującego się małym współczynnikiem przewodności cieplnej tworzywa szklano-ceramicznego, co dodatkowo ogranicza jego nagrzewanie i tym samym straty energii. Zwiększa to także bezpieczeństwo stosowania kuchenki, gdyż blat w ten sposób nagrzewa się maksymalnie do około 100 stopni, co redukuje rozmiar oparzeń przy dotknięciu oraz zmniejsza przywieranie odprysków potraw do blatu.

Kuchenki indukcyjne są całkowicie bezpieczne do stosowania przez ludzi. Wynika to z tego, że pole magnetyczne wytwarzane przez kuchenkę ma niską częstotliwość rzędu 25 kHz, która mieści się w zakresie fal radiowych i występuje tylko do około 2 cm nad powierzchnią blatu. Natomiast wpłynąć negatywnie na skład potraw czy ludzkie komórki może tylko promieniowanie o wysokich częstotliwościach, jak np. promieniowanie rentgenowskie, gdyż energia fotonów jest zależna wyłącznie od częstotliwości fali, o czym można przeczytać tutaj.