להתראות, צורבים. brizmaker / iStock / Getty Images Plus

כדי לרסן את שינויי האקלים, מומחים רבים קראו מעבר מסיבי מדלקים מאובנים לחשמל. המטרה היא לחשמל תהליכים כמו חימום בתים והפעלת מכוניות, ואז לייצר את צרכי החשמל המוגברים באמצעות מקורות נמוכים או אפסיים של פחמן כמו רוח, שמש וחשמל.

יותר מ -30 ערים בקליפורניה, כולל ברקלי ו סן פרנסיסקו, עברו לכיוון זה על ידי איסור שירות גז טבעי ברוב הבניינים החדשים. כיום השימוש באנרגיה בבניינים מייצר מעל 40% מפליטת גזי החממה בסן פרנסיסקו.

ישנן אפשרויות חשמליות פשוטות לחימום מבנים ומים חמים ולייבוש בגדים, אך מעבר לחשמל עשוי להיות שנוי במחלוקת במטבח. תנורים חשמליים מסורתיים איטי לשמצה להתחמם ולהתקרר. הם גם מציבים בעיות בטיחות מכיוון שסלילי החימום שלהם יכולים להישאר חמים עשרות דקות לאחר כיבוים.

מה טבח רציני לעשות? אלטרנטיבה היי-טק אחת היא אינדוקציה מגנטית. טכנולוגיה זו הוצעה לראשונה לפני למעלה מ 100 שנה הפגינו בתערוכה העולמית בשיקגו בשנת 1933. כיום תנורי כיריים וכיריים נפוצים באירופה ובאסיה, אך נותרים טכנולוגיית נישה בארה"ב As יותר ערים ומדינות מתקדמות לחשמול, הנה מבט על האופן שבו אינדוקציה מגנטית עובדת והיתרונות והחסרונות שלה לבישול.

{vembed Y = glH71fM9Oe4}
מהנדס החשמל ביל קורנרומף מתאר כיצד פועל בישול אינדוקציה מגנטי.

חימום ללא להבה

אני מהנדס חשמל המתמחה במחקר שדה אלקטרומגנטי. חלק ניכר מעבודותיי מתמקד ביישומי טיפול רפואי - אך בין אם אתה חושף רקמה אנושית או מחבת על כיריים לשדות אלקטרומגנטיים, העקרונות זהים.

כדי להבין מהם שדות אלקטרומגנטיים, העיקרון המרכזי הוא שמטען חשמלי יוצר סביבו שדה - למעשה, כוח המשתרע לכל הכיוונים. חשוב על חשמל סטטי, שהוא מטען חשמלי המופק לעתים קרובות על ידי חיכוך. אם אתה משפשף בלון על השיער שלך, החיכוך יטען את הבלון במטען חשמלי סטטי; ואז כאשר אתה מרים את הבלון מהראש שלך שיערך יעלה, גם אם הבלון לא נוגע בו. הבלון מושך את שיערך בכוח חשמלי מושך.

מטענים חשמליים נעים, כמו חשמל הזורם דרך חוט, מייצרים שדות מגנטיים - אזורי כוח מגנטי סביב נתיב הזרם. לכדור הארץ יש שדה מגנטי מכיוון שזרמים חשמליים זורמים בליבתו המותכת.

שדות מגנטיים יכולים לייצר גם שדות חשמליים ולכן אנו משתמשים במונח שדות אלקטרומגנטיים. מושג זה התגלה בשנות ה -1830 של המאה העשרים על ידי המדען האנגלי מייקל פאראדיי, שהראו שאם חומר מוליך חשמלי, כגון חוט, מונח בשדה מגנטי נע, נוצר שדה חשמלי במוליך. אנו מכנים אינדוקציה מגנטית זו. אם המוליך נוצר לולאה, זרם חשמלי יזרום סביב הלולאה.

תגליתו של פאראדיי היוותה את הבסיס ל פיתוח מנועים חשמליים. עבודתו הדגימה גם דרך לחמם חומרים מבלי להשתמש במקור חום מסורתי כמו אש.

מאיפה החום?

לכל החומרים יש התנגדות, כלומר כאשר זרם חשמלי זורם דרכם, הזרימה תהיה הפריע לפחות משהו. התנגדות זו גורמת לאיבוד חלק מהאנרגיה החשמלית: האנרגיה הופכת לחום, וכתוצאה מכך המוליך מתחמם. במחקר הביו-רפואי שלי אנו חוקרים שימוש בשדות מגנטיים בתדר רדיו כדי לחמם רקמות בגוף לעזור לרקמה להחלים.

במקום מבערים קונבנציונליים נקודות הבישול על כיריים אינדוקציה נקראות כיריים, ומורכבות מסלילי חוט המוטבעים במשטח הכיריים. לצורך יעילות מרבית, המהנדסים רוצים כמה שיותר מאנרגיית השדה המגנטי שמייצר כל כיריים להיספג בכלי הבישול שיושבים עליו. השדה המגנטי ייצור שדה חשמלי בתחתית כלי הבישול, ובגלל התנגדות המחבת תתחמם, למרות שהכיריים לא.

סלילים מגנטיים מתחת למשטח הזכוכית הקרמית של הכיריים מייצרים שדה מגנטי השולח פעימות ישירות לכלי הבישול. פעימות מגנטיות אלו מחממות את כלי הבישול. עיר סן חוזה

לקבלת הביצועים הטובים ביותר, תנורי אינדוקציה מגנטיים וכיריים צריכים לפעול בתדר שדה מגנטי גבוה - בדרך כלל 24KHz. הם גם דורשים סירים העשויים מחומרים ששדות מגנטיים אינם עוברים בהם בקלות. מתכות עם תוכן גבוה של ברזל או ניקל סופגות שדות מגנטיים, ולכן הן האפשרויות היעילות ביותר לבישול אינדוקציה. ברזל סופג שדות מגנטיים ביתר קלות מאשר ניקל והוא הרבה פחות יקר, לכן לרוב משתמשים בחומרים מבוססי ברזל לכלי בישול אינדוקציה מגנטיים.

מגיב ובטוח יותר, אך יקר יותר

מכיוון שכיריים אינדוקציה דורשים משהו כדי לספוג שדות מגנטיים על מנת לייצר חום, הם בטוחים יותר מבחינה פנימית מאשר כיריים חשמליות מסורתיות. הנחת ידך על הכיריים לא תחמם את ידך במידה ניכרת. ומכיוון שמערכות אלו מחממות כלי בישול מבלי לחמם את הכיריים ישירות, הכיריים מתקררות במהירות לאחר הוצאת כלי הבישול, מה שמפחית את הסיכון לכוויות.

כלי הבישול עצמו נוטים להתחמם ולהתקרר במהירות ובקרת הטמפרטורה מדויקת מאוד - אחד המאפיינים המרכזיים שמבשלים ערך בתנורי גז. יתרון נוסף הוא שלמשטחי אינדוקציה בדרך כלל יש משטחים חלקים - לרוב זכוכית או קרמיקה - כך שקל לנקות אותם.

כיריים אינדוקציה מודרניות חסכוניות באנרגיה כמו כיריים חשמליות מסורתיות ויעילות פי שניים מכיריים גז. אך אין זה אומר בהכרח שהם פחות יקרים להפעלה. באזורים רבים בארה"ב גז טבעי זול בהרבה מחשמל, לפעמים לפי גורם של שלוש או ארבע. זה מסביר בחלקו קבלה רחבה יותר של כיריים אינדוקציה באירופה, שם עד לאחרונה הגז הטבעי היה יקר בהרבה מחשמל.

גורם נוסף שהשפיע על האימוץ הוא שתנורי אינדוקציה וכיריים בדרך כלל עולים יותר מאשר תנורי גז או חשמליים מסורתיים, אם כי לא באופן מהותי. וטבחים יצטרכו להחליף סירי אלומיניום, נחושת, נירוסטה לא מגנטיים וקרמיקה, שאף אחד מהם לא עובד ביעילות על כיריים אינדוקציה. בדיקה מהירה אחת היא שאם מגנט נדבק לתחתית סיר, הסיר יעבוד על כיריים אינדוקציה.

למרות גורמים אלה, אני מצפה כי פקודות להפחתת השימוש בגז טבעי יובילו לשימוש מורחב מאוד בכיריים אינדוקציה וכיריים. אמצעים אלה מתמקדים בדרך כלל בבניינים שזה עתה נבנו, כך שהם לא ידרשו המרות יקרות של בתים קיימים.

ייתכן שרווקים צעירים ומשפחות שעוברים למגורים חדשים אלה עדיין לא רכשו כלי בישול רבים, והם עשויים להעריך את הבטיחות הקשורה לאינדוקציה מגנטית, במיוחד אם יש להם ילדים. ומאמצים מוקדמים שמוכנים לשלם יותר עבור חשמל ממקורות ירוקים, או עבור מכונית היברידית או חשמלית, עשויים שלא להיות מוטרדים מכך שישלמו כמה מאות דולרים נוספים עבור כיריים אינדוקציה מגנטית ומחבתות שעובדות איתה.

ברמה הלאומית, ארה"ב עשויה לאמץ צורה כלשהי של תמחור פחמן בעתיד הקרוב, מה שיעלה את עלות הגז הטבעי. ויש גם דאגה גוברת לגבי זיהום אוויר מקורה ממכשירי גז. יותר ממאה שנה לאחר שהוצע לראשונה, ייתכן שיום בישול אינדוקציה מגנטי בשמש הגיע.

על המחבר

קנת מקלוד, פרופסור למדעי מערכות, ומנהל המעבדה למחקר קליני והנדסי, אוניברסיטת בינגהמטון, אוניברסיטת מדינת ניו יורק

מאמר זה פורסם מחדש מתוך שיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי.