Warum kann der Induktionsherd den heißen Topf erhitzen, aber die Hände der Leute werden nicht heiß, wenn sie sie darauf stellen?

Wenn Sie in ein Hotpot-Restaurant gehen, um Hotpot zu essen, gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten, den Hotpot zu erhitzen. Eines davon ist das „Kupfertopf-Shabu-Shabu“, bei dem direktes Holzkohlefeuer verwendet wird, und das andere ist der Induktionsherd ohne offene Flammen. Einige Internetnutzer haben das Phänomen entdeckt, dass sich der Topf beim Erhitzen auf dem Induktionsherd nicht heiß anfühlt.

Wird der Induktionsherd beim Erhitzen wirklich nicht heiß? Wenn Ihre Hände die Hitze nicht spüren können, wie kann dann der Topf erhitzt werden? Lassen Sie uns heute über Induktionsherde sprechen.

Elektromagnetische Induktion

Das Prinzip des Induktionsherdes ist ein wichtiger Wissenspunkt in der Physik der Mittelstufe – die elektromagnetische Induktion, die für viele „Physik-Verlierer“ ein Albtraum ist. Obwohl das Erlernen dieser Methode Kopfschmerzen bereitet, wird sie im täglichen Leben häufig verwendet. Von verschiedenen Kraftwerken bis hin zum Induktionsherd hängt alles damit zusammen.

Einfach ausgedrückt bezieht sich das Phänomen der elektromagnetischen Induktion auf die Erzeugung eines induzierten elektrischen Felds um ein sich änderndes Magnetfeld. Befindet sich in diesem elektrischen Feld ein Leiter, bewegen sich die Elektronen im Leiter gerichtet und es wird ein induzierter Strom erzeugt.

Der innere Aufbau eines Induktionsherdes. Bildquelle: Wikipedia

Im Inneren des Induktionsherdes befindet sich eine große Kupferspule, die zur Erzeugung eines wechselnden Magnetfeldes dient. Die Änderungsfrequenz dieses Magnetfelds liegt im Allgemeinen über 20 kHz (d. h. sie ändert sich mehr als 20.000 Mal pro Sekunde). Ein derart schnell wechselndes Magnetfeld erzeugt im Bereich senkrecht zur Oberfläche des Induktionsherds ein induziertes elektrisches Feld.

Wenn ein Leiter, beispielsweise ein Eisentopf, in diesen Bereich des induzierten elektrischen Felds gestellt wird, werden am Boden des Eisentopfs unzählige induzierte Ströme erzeugt. Diese induzierten Ströme werden Wirbelströme genannt.

Bei Wirbelströmen weist die Eisenpfanne selbst einen gewissen Widerstand auf. Diese Ströme erzeugen nach dem Jouleschen Gesetz Wärme am Boden der Eisenpfanne und erzielen dadurch einen Heizeffekt.

Nicht alle Töpfe

Kann mit einem Induktionsherd erhitzt werden

Wer einen Induktionsherd zu Hause hat, wird feststellen, dass nicht alle Töpfe damit erhitzt werden können. Die üblichen Töpfe für Induktionsherde sind Eisentöpfe und Töpfe aus Edelstahl. Töpfe wie Auflauftöpfe, Keramiktöpfe, Aluminiumtöpfe und Kupfertöpfe sind auf Induktionsherden nicht verwendbar.

Es ist leicht zu verstehen, warum Schmorpfannen und Keramiktöpfe nicht auf Induktionsherden erhitzt werden können, da, wie bereits erwähnt, Wirbelströme nur dann erzeugt werden, wenn der Leiter einem sich ändernden Magnetfeld ausgesetzt wird . Tontöpfe und Keramiktöpfe sind offensichtlich keine Leiter, daher wird beim Abstellen auf der Oberfläche keine Wärme erzeugt.

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Aluminiumtöpfe und Kupfertöpfe sind beide Leiter. Warum können sie also keine Wärme erzeugen?

Sie können tatsächlich auch in einem sich ändernden Magnetfeld induzierte Ströme erzeugen. Es handelt sich jedoch nicht um ferromagnetische Materialien und ihre magnetische Permeabilität ist zu gering, um ausreichend starke Wirbelströme zu erzeugen . Darüber hinaus ist die magnetische Permeabilität zu gering, ihre Eindringtiefe relativ groß und ihr Eigenwiderstand geringer als der von Eisen. Dies führt auch dazu, dass die thermische Wirkung des elektrischen Stroms in Aluminium- und Kupfertöpfen nicht so deutlich ist wie in Eisentöpfen. Unter Berücksichtigung all dieser Faktoren sind Töpfe wie Aluminiumtöpfe und Kupfertöpfe nicht für Induktionsherde geeignet.

Wie eingangs erwähnt, spüren wir keine Hitze, wenn wir unsere Hände auf den Induktionsherd legen. Dies liegt daran, dass unsere Hände die Anforderungen, leitfähig und ferromagnetisch zu sein, nicht erfüllen. In unseren Händen entstehen keine Wirbelströme und selbstverständlich werden sie auch nicht erhitzt.

Aus demselben Grund kann man im Internet lesen, dass beim Erhitzen von Eiern auf einem Induktionsherd die Hälfte des Eis in der Eisenpfanne erhitzt wird und weiß wird, während die Hälfte, die direkt mit dem Induktionsherd in Berührung kommt, ein klares und durchsichtiges Eiweiß bleibt.

Die Eier in der Eisenpfanne werden erhitzt, der Teil, der direkt mit dem Induktionsherd in Kontakt kommt, ist jedoch noch kalt. Bildnachweis: Yuppiechef

Ich möchte Sie jedoch hier daran erinnern, dass Sie die Oberfläche des Induktionsherds, obwohl sie während des Erhitzungsvorgangs kühl ist, nach dem Erhitzen des Topfes nicht mit Ihren Händen berühren dürfen, da der heiße Eisentopf Hitze auf die Oberfläche des Induktionsherds überträgt und Sie sich verbrennen, wenn Sie ihn in diesem Moment berühren.

Gibt es beim Induktionsherd Strahlung?

Wenn Sie nach Informationen zu Induktionsherden und Cerankochfeldern suchen, werden Sie auf die Aussage stoßen, dass Induktionsherde Strahlung abgeben, Cerankochfelder jedoch nicht. Diese Aussage ist nicht verlässlich. Ob es sich um die Strahlung eines Induktionsherds oder eines elektrischen Cerankochfelds handelt, beides ist nichtionisierende Strahlung und schadet dem menschlichen Körper bei normalem Gebrauch nicht, sodass Sie sich darüber keine Sorgen machen müssen.

Elektroofen Drahtofen Bildquelle: Screenshot der E-Commerce-Plattform

Es gibt jedoch eine Personengruppe, die bei der Verwendung von Induktionsherden besonders vorsichtig sein muss: Menschen mit Herzschrittmachern.

Eine Studie aus dem Jahr 2006 über den Zusammenhang zwischen Induktionsherden und Herzschrittmachern ergab, dass Induktionsherde im Allgemeinen keinen Einfluss auf Herzschrittmacher haben. Unter bestimmten Bedingungen kann es jedoch zu einer Beeinträchtigung des Herzschrittmachers durch den Induktionsherd kommen, beispielsweise wenn sich das Gerät in unmittelbarer Nähe zum Induktionsherd befindet, sich dieser direkt unter der Brust befindet und es sich bei dem Herzschrittmacher um einen bestimmten Typ handelt.

Auf der offiziellen Website der British Heart Foundation finden Sie auch Fragen und Antworten zu Herzschrittmachern und Induktionsherden. Patienten mit Herzschrittmachern wird empfohlen, einen Abstand von mehr als 60 cm (ca. 2 Fuß) zu Induktionsherden einzuhalten.

Wenn also jemand mit einem Herzschrittmacher zu Hause ist, sollten Sie vorsichtig sein und die Verwendung eines Cerankochfelds anstelle eines Induktionsherds in Erwägung ziehen. Wenn dies nicht der Fall ist, können Sie nach Belieben wählen.

Verweise

[1] Sweeney, Micah; Dols, Jeff; Fortenbery, Brian; Sharp, Frank (2014). Entwurf und Bewertung von Induktionskochtechnologie (PDF) (Bericht). ACEEE-Sommerstudie zur Energieeffizienz in Gebäuden.

[2] https://www.allaboutCircuits.com/technical-articles/lossy-transmission-lines-introduction-to-the-skin-effect/

[3] Irnich W, Bernstein A D. Beeinträchtigen Induktionskochfelder die Funktion von Herzschrittmachern?[J]. Europace, 2006, 8(5): 377-384.

[4] https://www.bhf.org.uk/informationsupport/heart-matters-magazine/medical/ask-the-experts/induction-hobs-and-pacemakers

Planung und Produktion

Autor: Science Scraps Populärwissenschaftlicher Autor

Rezension von Sun Mingxuan, Professor der Shanghai University of Engineering Science

Planung von Fu Sijia

Herausgeber: Fu Sijia

Korrekturgelesen von Xu Lai und Lin Lin

Das Titelbild und die Bilder in diesem Artikel stammen aus der Copyright-Bibliothek

Nachdruck kann zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen