Индукция, магнетизм и индукционные плиты
Плита индукционная Sif 4.8 (2 kWt) Skvara (Украина)
Тепловая обработка пищи это одна из древнейших технологий кулинарии по понятным причинам: люди никогда бы не выжили, не улучшив процесс приготовления еды. Основная идея кулинарии - разогревание пищи с целью уничтожения опасных бактерий и создания чего-то вкусного. Между приготовлением пищи нашими древними предками на открытом огне и электрической или газовой духовке сегодня не так уж и много отличий.
Это не значит, что в приготовлении пищи не было прогресса. Только в 20 веке изобретатели придумали две совершенно новые формы приготовления пищи. Во-первых, в микроволновой печи используются высокоэнергетичные радиоволны для быстрого и эффективного нагрева пищи за короткий промежуток времени, буквально минуты. Во-вторых, индукционное приготовление пищи использует электромагнетизм, чтобы превратить обычные электроплиты в плиты, которые готовят пищу быстрее и безопаснее с меньшим потреблением электроэнергии. Это реализуется благодаря созданию тепловой энергии внутри самой кастрюли. Индукционные плиты это новая технология в кулинарии на сегодняшний день.
Если микроволновой печью сегодня уже никого не удивишь, то относительно индукционных плит существует пробел в знаниях работы таких плит и в физических процессах, благодаря которым происходит нагрев непосредственно внутри кастрюли. Восполнить пробелы поможет эта информационная статья.
Индукционные варочные панели, изготовленные из легко очищаемого закаленного стекла, выглядят так же, как и другие керамические варочные панели. Важно знать, что только кухонная посуда с железной основой будет нормально работать с такой варочной панелью. Большинство новых кастрюль и сковородок имеют обозначения для плит для каких рабочих поверхностей они предназначены. Найти инвентарь для готовки, который является совместимым с индукционными платами, относительно легко.
Что такое индукция?
Прежде, чем приступить к описанию процесса приготовления пищи на индукционной плите, следует ознакомиться с самим процессом индукции, вернее электромагнитной индукции. Если коротко, индукция это получение электричества с использованием магнетизма.
Электромагнетизм.
Джеймс Клерк Максвелл, который описал науку электромагнетизма в четырех уравнениях.
В середине 19 века несколько европейских ученых открыли явление электромагнетизма - связь между электричеством и магнетизмом. Результаты экспериментов оказались среди самых важных научных открытий: ученые знали об электричестве с давних времен, но понимание процессов электромагнетизма с точки зрения науки дало возможность впервые в мире применить на практике электричество.
Все началось в 1820 году. Датский физик по имени Ганс Кристиан Эрстед обнаружил, что когда флуктуирующий электрический ток течет по проволоке, он создает невидимую картину магнетизма вокруг него (магнитное поле, другими словами). В следующем году французский физик Андре-Мари Ампер продолжил этот эксперимент: он обнаружил, что два провода, несущие флуктуирующие электрические токи, расположенные рядом друг с другом, либо притягивают друг друга, либо отталкивают друг друга.
В то время развивающаяся наука электромагнетизма являлась полностью теоретической: она вызывала большой интерес, но не было возможности практического применения. Вещи приобрели более практический характер, когда блестящий английский физик и химик Майкл Фарадей выяснил, как он мог использовать электричество и магнетизм, чтобы создать примитивный электродвигатель в 1821 году. Он поставил магнит возле куска проволоки, в который он подавал электрический ток. Когда ток течет по проводу, он создает вокруг него магнитное поле, отталкиваясь от магнитного поля, создаваемого магнитом. Другие изобретатели продолжали разрабатывать практические электродвигатели, в то время как Фарадей продолжал экспериментировать с наукой. В 1831 году он провел противоположный эксперимент: он показал, как вращение катушки провода через магнитное поле вызывает электрический ток через него. Таким образом был изобретен электрический генератор.
Наука электромагнетизма была окончательно оформлена шотландским физиком Джеймсом Клерком Максвелом в 1860-х годах. Максвелл суммировал все, что тогда было известно об электричестве и магнетизме, в четырех простых математических формулах. Уравнения Максвелла, как мы их теперь называем, до сих пор составляют основу электромагнитной науки.
Индукция на практике
Нет необходимости все знать о электромагнетизме, чтобы понять как работает индукционная плита. Следует запомнить, что изменение электрического тока может создавать магнетизм, а изменение магнитного поля - электричество.
Как работает индукционная плита?
Индукционная плита - это электромагнит, с помощью которого вы можете готовить. Внутри стеклянной варочной панели есть металлическая катушка с электронным управлением. Когда включается питание, генерируется ток через катушку. Этот ток создает вокруг себя магнитное поле. Постоянный ток, электрические частицы которого постоянно движутся в одном направлении, создает постоянное магнитное поле. Один из законов электромагнетизма заключается в том, что флуктуирующий магнетизм создается только постоянно изменяющимся электрическим током, то есть переменным. Таким образом, чтобы переменным магнитным полем выделялось тепло, необходимо использовать переменный ток.
В принципе, это все что делает индукционная варочная панель - она генерирует постоянно изменяющееся магнитное поле, но не тепло напрямую. Если положить ладонь на варочную панель, никакого тепла не ощущается.
Когда вы ставите подходящую посуду на варочную поверхность индукционной плиты, которая подключена к электросети, магнитное поле, создаваемое варочной панелью, проникает в металлическое основание и боковые стенки кастрюли. Это магнитное поле генерирует внутри металла электричсекий ток через посуду. Этот ток не такой как в проводах, переносящий электричсекую энергию по прямой линии. Индукцированный ток замкнут пределами посуды, он никуда не течет дальше. Это вихревой ток. Поскольку этот ток циркулирует внутри кристаллической структуры металла, он рассеивает свою энергию. Таким образом, металлическая сковорода нагревается, независимо от того, какая пища находится внутри нее.
Как работает индукционная кулинария
- Индукционная плита выглядит так же, как и любая другая керамическая варочная поверхность, обычно с отдельными зонами, где вы можете поместить кастрюли и сковороды. Кухонная поверхность обычно изготавливается из прочной, термостойкой стеклокерамики.
- Внутри каждой зоны приготовления есть плотно намотанная катушка металла. Когда вы включаете питание, переменный ток течет через катушку и создает вокруг нее невидимое высокочастотное переменное магнитное поле. Если в зоне приготовления не имеется металлической посуды, то не происходит никакого нагрева: зона приготовления остается холодной. Почему нужна высокая частота? Обычный источник питания имеет частоту 50-60 Гц (50-60 раз в секунду), индукционная кухонная плита повышает его примерно в 500-1000 раз (обычно до 20-40 кГц). Поскольку это намного превышает диапазон, который большинство из нас может услышать, он останавливает любое раздражающее, слышимое жужжание. Не менее важно то, что он предотвращает перемещение магнитных сил вокруг кастрюли на варочной панели.
- Поместите сковороду в зону приготовления. Магнитное поле, созданное катушкой, пронизывает железо внутри него.
- Магнитное поле индуцирует вихревые электрические токи внутри кастрюли, превращаясь в нагреватель.
- Тепло из кастрюли поступает непосредственно в пищу или воду внутри нее (посредством терлопроводимости).
Преимущества индукционных варочных панелей
Если можно просто готовить на электрической или газовой плитах, зачем вообще использовать индукционную варочную панель? Для этого существует немало весомых причин.
Эффективность и скорость
Традиционная плита генерирует тепловую энергию на некотором расстоянии от варочной ёмкости и пытается транспортировать как можно больше этой энергии в пищу, насколько это возможно - с разной степенью успеха. Если вы когда-либо готовили пищу на костре, вы поймете, что это не всегда здорово. Главная причина заключается в том, что огромное количество энергии, которую вы производите на открытом огне, рассеивается в воздухе. Отлично подходит для разогрева воздуха, но это очень медленно и неэффективно. Даже приготовление пищи дома может быть довольно неэффективным: вы тратите энергию на нагрев плиты и (в случае плиты с открытым газовым пламенем) воздух вокруг ваших кастрюль и сковородок.
При индукционном приготовлении тепло вырабатывается в кастрюле, а не в варочной панели, и гораздо больше энергии поступает в пищу. Вот почему индукционная кулинария более энергоэффективна, чем большинство других методов (около 84% по сравнению с 71% для традиционной варочной панели). Индукционная кулинария также быстрее получает тепловую энергию в пищу, потому что сковороды, которые быстрее нагреваются, готовятся быстрее. Как правило, это примерно на 25-50% быстрее, чем другие способа нагрева, что может быть большим плюсом для ресторанов (быстрая подача готового блюда на стол).
Удобство, контроль и безопасность
Индукционные плиты обычно встроены в керамические или стеклянные варочные панели, которые очень легко содержать в чистоте с помощью всего лишь быстрой протирки. Магнитные поля, которые они генерируют, почти мгновенно появляются в кастрюле, и так же быстро исчезают. Это очень отличается от традиционно нагреваемых кастрюль, которые требуют больше времени стать горячими, так что есть больший риск подгорания еды, если вовремя не снять ее с плиты!
Вы можете увеличить или уменьшить скорость нагрева с такой же скоростью, как на газовой плите (в отличие от традиционной электрической плиты, которая требует некоторого времени для нагревания или охлаждения). Даже в этом случае, это - другая форма кулинарии, и это действительно требует некоторого привыкания: вы должны узнать, какое числовое значение на циферблате соответствует количеству тепла, которое вам нужно, и это требует некоторой практики.
На индукционной плите нет открытого пламени и, пока на ней не имеется сковородка, нет тепла, чтобы общечься. Жар появляется только тогда, когда сковорода находится на своем месте, а сама плита никогда не может нагреться сильнее, чем кастрюля, находящаяся на ней. Электронно-управляемые варочные панели могут определить, стоят ли на них сковороды и сколько тепла они производят, и большинство моделей автоматически отключит питание, если они останутся по ошибке или если кастрюля начнет кипеть. Индукционные плиты, встроенные в керамические варочные панели, имеют толщину всего в несколько сантиметров, поэтому они могут быть установлены на любой высоте.
Недостатки индукционных варочных панелей
До недавнего времени стоимость была самым большим недостатком: типичная индукционная плита могла быть в два-три раза дороже обычной или газовой плиты, и даже если бы вы сэкономили на элетроэнергии, то экономия обычно не была бы достаточной, чтобы окупить разницу. Цена индукционных варочных панелей в настоящее время значительно снизилась и разница в стоимости по сравнению с обычными керамическими варочными панелями значительно меньше.
Другим недостатком является то, что индукционная варка работает только с варочными ёмкостями, содержащими железо, единственным металлом, который эффективно вырабатывает электрические вихревые токи и тепло от магнитных полей. Медные и алюминиевые сковороды и стеклянная посуда не работают.
Следует отметить еще две незначительные проблемы: индукционные плиты могут создавать небольшое количество шума (от встроенных вентиляторов) и радиочастотные помехи, которые могут представлять очень небольшой риск для людей, носящих кардиостимуляторы сердца.
