Когда Вы включаете индукционную плиту, то даже не представляете сколько физических эффектов в ней заложено.
В первой половине 19 века ученый Майкл Фарадей обнаружил, что переменное магнитное поле генерирует ток. Много лет спустя это явление позволило изобрести электродвигатели, генераторы и индукционные печи. В отличие от других типов печей, тепло в этих печах возникает не под посудой, а непосредственно на дне кастрюли или сковороды.Это стало возможным благодаря плотно намотанной медной катушки в форме диска под варочной панелью, через которую протекает переменный ток с частотой от 20000 Гц до 100000 Гц. За несколько лет до Фарадея его именитый коллега Андре-Мари Ампер обнаружил, что изменяющийся во времени ток создает магнитное поле вокруг катушки. Направление этого поля изменяется с той же скоростью, что и знак тока, то есть от 20000 до 100000 раз в секунду для индукционной плиты.
Согласно Фарадею, такое переменное магнитное поле снова вызывает электрическое напряжение — как в самой катушке, так и в окружающей её среде. В отличие от обычных источников напряжения, в которых линии электрического поля проходят между отрицательным и положительным зарядами, в этом случае линии электрического поля являются замкнутыми. Если кастрюлю или сковороду помещают на варочную панель, а они металлические, следовательно, их материал проводящий, то их дно также пронизывается силовыми линиями. Эти линии оказывают силовое воздействие на свободные электроны в металлической посуде и образуются особого вида вихревые токи.
Данные вихревые индукционные токи, протекая в нижней части ёмкости, часть преобразуют электрическую энергию в тепловую и дно ёмкости нагревается. Значение электрического сопротивления зависит от металла посуды. Например, нержавеющая сталь, обладает большим сопротивлением, чем медь или алюминий, соответственно, выделяемое тепло у нержавеющей стали выше. Тепловая мощность индукционной печи увеличивается еще одним способом.
Индуцированные вихревые токи открыл в 1833 году физик Эмиль Ленц. Эти токи генерируют магнитное поле, которое противодействует причине их образования. Таким образом, в случае индукционной печи, это поле противодействует быстро меняющемуся магнитному полю катушки, которое смещается в нижний слой дна посуды. В результате вихревые токи в посуде могут протекать в слоях толщиной несколько миллиметров.
Этот эффект уменьшает полезную площадь проводника, чем является нижняя часть посуды, увеличивая электрическое сопротивление и тепловую мощность. Глубина проникновения первичного поля зависит как от частоты переменного тока, так и от вида металла. Например, поле проникает глубже в алюминий или медь, а в нержавеющую сталь меньше. Поэтому кастрюли из алюминия или меди менее пригодны для индукционной плиты.
В железной посуде, помимо вихревых токов, есть еще один источник тепла. В этом материале есть микроскопические области, в которых расположены магнитные моменты атомов. Их можно сравнить с крошечными стрелками компаса. Без внешнего магнитного поля эти магнитные моменты ориентированы случайно и тело будет не намагниченным. Однако, как только воздействует внешнее поле, созданное высокочастотным переменным полем в индукционной плите, все магнитные моменты будут равномерно выровнены.
Из-за повторного перемагничивания, то есть быстрого колебания магнитных моментов в нижней части посуды, часть энергии преобразуется в тепло, создавая не нужные потери. Насколько велики эти потери, зависит от материала посуды и частоты переменного поля. Например, в случае имеющихся в продаже железной посуды потери составляют около 30 %.
Для предотвращения потерь, посуда имеет сложное строение, например, используется многослойность материала или алюминиевый сердечник.
Сердечник из алюминия проводит тепло лучше, чем нержавеющая сталь, поэтому его используют для увеличения теплопроводности нижнего слоя посуды.Тепло, генерируемое на дне посуды, передается на свободные электроны, которые увеличивают колебания атомов кристаллической решётки в металле, затем происходит поглощение тепловой энергии пищей.
Индукционные плиты более энергоэффективные, чем электрические, например, один литр воды закипит в 2 раза быстрее.