Hei, polttimet. brizmaker / iStock / Getty Images Plus

Ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi monet asiantuntijat ovat vaatineet valtava siirtyminen fossiilisista polttoaineista sähköön. Tavoitteena on sähköistää prosesseja, kuten kodien lämmitys ja autojen virransyöttö, ja tuottaa sitten lisääntynyt sähkön tarve käyttämällä vähän tai nollaan hiiltä lähteitä, kuten tuuli-, aurinko- ja vesivoimaa.

Yli 30 kaupunkia Kaliforniassa, mukaan lukien Berkeley ja San Francisco, ovat siirtyneet tähän suuntaan kieltämällä maakaasupalvelut useimmissa uusissa rakennuksissa. Tällä hetkellä rakennusten energiankäyttö tuottaa yli 40% San Franciscon kasvihuonekaasupäästöistä.

Rakennusten ja kuuman veden lämmittämiseen ja vaatteiden kuivattamiseen on suoraviivaisia ​​sähkövaihtoehtoja, mutta sähkökäyttö voi olla kiistanalaisempaa keittiössä. Perinteiset sähköuunit lämpenevät ja jäähtyvät tunnetusti hitaasti. Ne aiheuttavat myös turvallisuuskysymyksiä, koska niiden lämmityspatterit voivat pysyä kuumina kymmeniä minuutteja sammuttamisen jälkeen.

Mitä vakava kokki tekee? Yksi korkean teknologian vaihtoehdoista on magneettinen induktio. Tätä tekniikkaa ehdotettiin ensimmäisen kerran yli 100 vuotta sitten ja esiteltiin Chicagon vuoden 1933 maailmanmessuilla. Nykyään magneettiset induktiouunit ja keittotasot ovat yleisiä Euroopassa ja Aasiassa, mutta ovat edelleen markkinarako Yhdysvalloissa As lisää kaupunkeja ja osavaltioita siirtyy kohti sähköistystä, tässä on katsaus magneettisen induktion toimintaan ja sen eduihin ja haittoihin ruoanlaittoon.

{vembed Y = glH71fM9Oe4}
Sähköinsinööri Bill Kornrumpf kuvaa kuinka magneettinen induktiokeitto toimii.

Lämmitys ilman liekkiä

Olen sähkömagneettisen kentän tutkimukseen erikoistunut sähköinsinööri. Suuri osa työstäni keskittyy lääkehoitosovelluksiin - mutta paljastatko ihmiskudoksen tai keittotasolla olevan pannun sähkömagneettisille kentille, periaatteet ovat samat.

Sähkömagneettisten kenttien ymmärtämiseksi keskeinen periaate on, että sähkövaraus luo sen ympärille kentän - lähinnä voiman, joka ulottuu kaikkiin suuntiin. Ajattele staattista sähköä, joka on usein kitkan tuottama sähkövaraus. Jos hierot ilmapalloa hiuksillesi, kitka lataa ilmapallon staattisella sähkövarauksella; sitten kun nostat ilmapallon pois päästäsi, hiuksesi nousevat, vaikka se ei kosketa sitä. Ilmapallo vetää hiuksiasi houkuttelevalla sähkövoimalla.

Liikkuvat sähkövarat, kuten langan läpi virtaava sähkö, tuottavat magneettikenttiä - magneettisen voiman vyöhykkeitä virran polun ympäri. Maapallolla on magneettikenttä, koska sen sulassa ytimessä virtaa sähkövirta.

Magneettikentät voivat tuottaa myös sähkökenttiä, ja siksi käytämme termiä sähkömagneettiset kentät. Tämän käsitteen löysi 1830-luvulla Englantilainen tiedemies Michael Faraday, joka osoitti, että jos sähköä johtava materiaali, kuten lanka, sijoitetaan liikkuvaan magneettikenttään, johtimeen syntyy sähkökenttä. Kutsumme tätä magneettiseksi induktioksi. Jos johdin muodostetaan silmukaksi, silmukan ympäri virtaa sähkövirta.

Faradayn löytö muodosti perustan sähkömoottoreiden kehittäminen. Hänen työnsä osoitti myös tapaa lämmittää materiaaleja ilman perinteistä lämmönlähdettä, kuten tulta.

Mistä lämpö tulee?

Kaikilla materiaaleilla on vastus, mikä tarkoittaa, että kun sähkövirta kulkee niiden läpi, virtaus on estänyt ainakin jonkin verran. Tämä vastus aiheuttaa osan sähköenergian menetyksestä: energia muuttuu lämmöksi ja seurauksena johdin lämpenee. Biolääketieteellisessä tutkimuksessamme tutkimme radiotaajuisten magneettikenttien käyttämistä kehon kudosten lämmittämiseen auttaa kudosta parantumaan.

Tavallisten polttimien sijasta induktiokeittotasojen keittopisteitä kutsutaan keittolevyiksi, ja ne koostuvat liedekäämeistä, jotka on upotettu keittotason pintaan. Parhaan hyötysuhteen saavuttamiseksi insinöörit haluavat, että keittotasot absorboivat mahdollisimman paljon jokaisen keittotason tuottamaa magneettikentän energiaa. Magneettikenttä luo sähkökentän astian pohjalle, ja vastuksen vuoksi pannu kuumenee, vaikka liesi ei.

Keittotason keraamisen lasipinnan alapuolella olevat magneettikäämit synnyttävät magneettikentän, joka lähettää pulsseja suoraan astiaan. Nämä magneettipulssit lämmittävät astiaa. San Josen kaupunki

Parhaan suorituskyvyn saavuttamiseksi magneettisten induktiouunien ja keittotasojen on toimittava suurella magneettikentän taajuudella - tyypillisesti 24 kHz. Ne vaativat myös ruukkuja, jotka on valmistettu materiaaleista, joiden läpi magneettikentät eivät helposti kulje. Metallit, joissa on paljon rautaa tai nikkeliä, absorboivat magneettikenttiä, joten ne ovat tehokkaimpia vaihtoehtoja induktiokeittämiseen. Rauta imee magneettikentät helpommin kuin nikkeli ja on paljon halvempaa, joten rautapohjaisia ​​materiaaleja käytetään yleisimmin magneettisissa induktiokeittoastioissa.

Reagoivampi ja turvallisempi, mutta kalliimpi

Koska induktiokeittotasot vaativat jotain magneettikenttien absorboimiseksi lämmön tuottamiseksi, ne ovat luonnostaan ​​turvallisempia kuin perinteinen sähköliesi. Käden asettaminen keittotasolle ei kuumenna kättäsi huomattavassa määrin. Ja koska nämä järjestelmät lämmittävät astioita lämmittämättä suoraan keittotasoa, keittolevyt jäähtyvät nopeasti astioiden poistamisen jälkeen, mikä vähentää palovammojen riskiä.

Keittoastioilla on taipumus lämmetä ja jäähtyä nopeasti, ja lämpötilan säätö on erittäin tarkkaa - yksi keittojen tärkeimmistä ominaisuuksista kaasuliedissä. Toinen plus on, että induktiokeittotasoilla on yleensä sileät pinnat - usein lasi tai keraaminen - joten ne on helppo puhdistaa.

Nykyaikaiset induktiokeittotasot ovat yhtä energiatehokkaita kuin perinteiset sähköuunit ja noin kaksi kertaa tehokkaammat kuin kaasuliedet. Mutta tämä ei välttämättä tarkoita, että niiden käyttö on halvempaa. Monissa osissa Yhdysvaltoja maakaasu on paljon halvempaa kuin sähkö, joskus kertoimella kolme tai neljä. Tämä selittää osittain induktiokeittotasojen laajemman hyväksynnän Euroopassa, jossa viime aikoihin asti maakaasu oli paljon kalliimpaa kuin sähkö.

Toinen tekijä, joka on vaikuttanut adoptioon, on se, että induktiouunit ja keittotasot tyypillisesti maksaa enemmän kuin perinteiset kaasu- tai sähköuunit, vaikkakaan ei oleellisesti. Kokkien on vaihdettava alumiini-, kupari-, ei-magneettiset ruostumattomasta teräksestä valmistetut ja keraamiset kattilat, joista kukaan ei toimi tehokkaasti induktioliesi. Yksi nopea tarkistus on, että jos magneetti tarttuu potin pohjaan, potti toimii induktiokeittotasolla.

Näistä tekijöistä huolimatta odotan, että maakaasun käytön vähentämissäännöt johtavat magneettisten induktiouunien ja keittotasojen huomattavasti laajempaan käyttöön. Nämä toimenpiteet keskittyvät tyypillisesti uusiin rakennuksiin, joten niitä ei tarvita nykyisten kodeiden kalliit muunnokset.

Nuoret sinkut ja perheet, jotka muuttavat näihin uusiin asuinpaikkoihin, eivät ehkä ole vielä hankkineet paljon astioita, ja todennäköisesti arvostavat magneettiseen induktioon liittyvää turvallisuutta, varsinkin jos heillä on lapsia. Ja varhaiset käyttöönottajat, jotka ovat valmiita maksamaan enemmän vihreistä lähteistä peräisin olevasta sähköstä tai hybridi- tai sähköautosta, eivät välttämättä ole järkyttyneitä maksamaan muutama sata dollaria enemmän magneettisesta induktiokeittotasosta ja sen kanssa toimivista kattiloista.

Kansallisella tasolla Yhdysvallat voi omaksua jonkinlainen hiilen hinnoittelu lähitulevaisuudessa, mikä nostaisi maakaasun kustannuksia. Ja siitä on myös kasvava huoli kaasulaitteiden aiheuttama sisäilman pilaantuminen. Yli vuosisadan kuluttua sen ensimmäisestä ehdotuksesta magneettisen induktiokeittämisen päivä auringossa saattaa olla saapunut.

kirjailijasta

Kenneth McLeod, systeemitieteen professori ja kliinisen tieteen ja tekniikan tutkimuslaboratorion johtaja, Binghamtonin yliopisto, New Yorkin osavaltion yliopisto

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.