Пока, горелки. brizmaker / iStock / Getty Images Plus

Чтобы обуздать изменение климата, многие эксперты призвали массовый переход от ископаемого топлива к электричеству. Цель состоит в том, чтобы электрифицировать такие процессы, как отопление домов и питание автомобилей, а затем генерировать возросшие потребности в электроэнергии с использованием источников с низким или нулевым содержанием углерода, таких как ветер, солнечная энергия и гидроэнергетика.

Более 30 городов Калифорнии, в том числе Беркли и Сан-Франциско, двинулись в этом направлении, запретив подачу природного газа в большинстве новостроек. В настоящее время использование энергии в зданиях генерирует более 40% выбросов парниковых газов в Сан-Франциско.

Существуют простые электрические варианты отопления зданий, горячего водоснабжения и сушки одежды, но использование электричества на кухне может быть более спорным. Как известно, традиционные электрические плиты медленно нагреваются и охлаждаются. Они также создают проблемы с безопасностью, потому что их нагревательные спирали могут оставаться горячими в течение десятков минут после отключения.

Что делать серьезному повару? Одна из высокотехнологичных альтернатив - магнитная индукция. Эта технология была впервые предложена более 100 лет назад и продемонстрировано на Чикагской всемирной выставке 1933 г.. Сегодня магнитно-индукционные плиты и варочные панели распространены в Европе и Азии, но остаются нишевая технология в США As больше городов и штатов движутся к электрификации, вот посмотрите, как работает магнитная индукция, а также ее плюсы и минусы для приготовления пищи.

{vembed Y = glH71fM9Oe4}
Инженер-электрик Билл Корнрумпф описывает, как работает приготовление пищи на магнитной индукции.

Отопление без пламени

Я инженер-электрик, специализирующийся на исследованиях электромагнитного поля. Большая часть моей работы сосредоточена на приложениях для медицинской терапии, но независимо от того, подвергаете ли вы человеческие ткани или кастрюлю на варочной панели воздействию электромагнитных полей, принципы остаются одинаковыми.

Чтобы понять, что такое электромагнитные поля, ключевой принцип состоит в том, что электрический заряд создает вокруг себя поле - по сути, силу, распространяющуюся во всех направлениях. Подумайте о статическом электричестве, которое представляет собой электрический заряд, часто возникающий в результате трения. Если вы потрете воздушный шар о волосы, трение зарядит его статическим электрическим зарядом; тогда, когда вы поднимете шар от головы, ваши волосы поднимутся вверх, даже если шар не касается их. Воздушный шар тянет вас за волосы с притягивающей электрической силой.

Движущиеся электрические заряды, такие как электричество, протекающее по проводу, создают магнитные поля - зоны магнитной силы вокруг пути тока. У Земли есть магнитное поле, потому что в ее расплавленном ядре протекают электрические токи.

Магнитные поля также могут создавать электрические поля, поэтому мы используем термин электромагнитные поля. Эта концепция была открыта в 1830-х гг. Английский ученый Майкл Фарадей, который показал, что если электропроводящий материал, например, провод, помещается в движущееся магнитное поле, в проводнике создается электрическое поле. Мы называем это магнитной индукцией. Если проводник сформирован в виде петли, электрический ток будет течь по петле.

Открытие Фарадея легло в основу разработка электродвигателей. Его работа также продемонстрировала способ нагрева материалов без использования традиционных источников тепла, таких как огонь.

Откуда тепло?

Все материалы обладают сопротивлением, а это означает, что при прохождении через них электрического тока поток будет препятствовал хотя бы несколько. Это сопротивление вызывает потерю части электрической энергии: энергия превращается в тепло, и в результате проводник нагревается. В своих биомедицинских исследованиях мы исследуем использование радиочастотных магнитных полей для нагрева тканей тела, чтобы помочь заживлению тканей.

Вместо обычных конфорок места для приготовления пищи на индукционных варочных панелях называются варочными панелями и состоят из катушек, встроенных в поверхность варочной панели. Для максимальной эффективности инженеры хотят, чтобы как можно больше энергии магнитного поля, производимой каждой варочной панелью, поглощалось посудой, стоящей на ней. Магнитное поле создаст электрическое поле на дне посуды, и из-за сопротивления сковорода будет нагреваться, даже если плита не нагревается.

Магнитные катушки под стеклокерамической поверхностью варочной панели создают магнитное поле, которое посылает импульсы прямо на посуду. Эти магнитные импульсы нагревают посуду. Город Сан-Хосе

Для наилучшей работы магнитно-индукционные плиты и варочные панели должны работать при высокой частоте магнитного поля - обычно 24 кГц. Им также требуются горшки, сделанные из материалов, через которые магнитные поля не проходят. Металлы с высоким содержанием железа или никеля поглощают магнитные поля, поэтому они являются наиболее эффективным вариантом для приготовления пищи на индукционной плите. Железо поглощает магнитные поля легче, чем никель, и стоит гораздо дешевле, поэтому материалы на основе железа чаще всего используются для изготовления посуды с магнитной индукцией.

Более отзывчивый и безопасный, но более дорогой

Поскольку индукционным варочным панелям требуется что-то для поглощения магнитных полей для выработки тепла, они по своей сути более безопасны, чем традиционные электрические варочные панели. Положив руку на плиту, вы не нагреете ее сколько-нибудь заметно. А поскольку эти системы нагревают посуду без прямого нагрева варочной поверхности, конфорки быстро остывают после того, как она снята, что снижает риск ожогов.

Сама посуда имеет тенденцию быстро нагреваться и остывать, а контроль температуры очень точный - одно из ключевых свойств, которые ценят кухню в газовых плитах. Еще один плюс в том, что индукционные варочные панели обычно имеют гладкую поверхность - часто стеклянную или керамическую, - поэтому их легко чистить.

Современные индукционные варочные панели так же энергоэффективны, как и традиционные электрические плиты, и примерно в два раза эффективнее газовых. Но это не обязательно означает, что они дешевле в эксплуатации. Во многих частях США природный газ намного дешевле электричества, иногда в три или четыре раза. Это частично объясняет более широкое распространение индукционных варочных панелей в Европе, где до недавнего времени природный газ был намного дороже электричества.

Еще один фактор, который повлиял на принятие, заключается в том, что индукционные плиты и варочные панели обычно стоят дороже традиционных газовых или электрических плит, хотя и не по существу. Поварам придется заменить алюминиевые, медные, немагнитные кастрюли из нержавеющей стали и керамические кастрюли, ни одна из которых не работает эффективно на индукционных плитах. Быстрая проверка: если магнит прилипнет ко дну кастрюли, она будет работать на индукционной плите.

Несмотря на эти факторы, я ожидаю, что постановления о сокращении использования природного газа приведут к значительному расширению использования магнитных индукционных плит и варочных панелей. Эти меры обычно сосредоточены на недавно построенных зданиях, поэтому они не потребуют дорогие преобразования существующих домов.

Молодые одинокие люди и семьи, которые переезжают в эти новые дома, возможно, еще не приобрели много посуды и, вероятно, оценят безопасность, связанную с магнитной индукцией, особенно если у них есть дети. А первые последователи, которые готовы платить больше за электроэнергию из экологически чистых источников или за гибридный или электрический автомобиль, могут не расстраиваться, заплатив на несколько сотен долларов больше за варочную панель с магнитной индукцией и сковороды, которые работают с ней.

На национальном уровне США могут принять некоторую форму ценообразования на углерод в ближайшем будущем, что повысит стоимость природного газа. Также растет беспокойство по поводу загрязнение воздуха внутри помещений от газовых приборов. Более чем через столетие после того, как это было впервые предложено, возможно, наступил день приготовления пищи на солнце с помощью магнитной индукции.

Об авторе

Кеннет МакЛеод, профессор системных наук и директор Лаборатории клинических и технических исследований, Университет Бингемтона, Государственный университет Нью-Йорка

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.