Tot ziens, branders. brizmaker / iStock / Getty Images Plus

Om de klimaatverandering tegen te gaan, hebben veel experts opgeroepen een enorme verschuiving van fossiele brandstoffen naar elektriciteit. Het doel is om processen zoals het verwarmen van huizen en het aandrijven van auto's te elektrificeren en vervolgens de verhoogde behoefte aan elektriciteit te genereren met behulp van koolstofarme of koolstofvrije bronnen zoals wind, zonne-energie en waterkracht.

Meer dan 30 steden in Californië, waaronder Berkeley en San Francisco, zijn in deze richting gegaan door aardgasdiensten in de meeste nieuwe gebouwen te verbieden. Momenteel genereert het energieverbruik in gebouwen meer dan 40% van de uitstoot van broeikasgassen in San Francisco.

Er zijn eenvoudige elektrische opties voor het verwarmen van gebouwen en warm water en het drogen van kleding, maar elektrisch gaan kan controversiëler zijn in de keuken. Traditionele elektrische kachels zijn notoir traag om op te warmen en af ​​te koelen. Ze brengen ook veiligheidsproblemen met zich mee, omdat hun verwarmingsspiralen tientallen minuten lang warm kunnen blijven nadat ze zijn uitgeschakeld.

Wat moet een serieuze kok doen? Een hightech alternatief is magnetische inductie. Deze technologie werd meer dan 100 jaar geleden voor het eerst voorgesteld en gedemonstreerd op de Wereldtentoonstelling van 1933 in Chicago. Tegenwoordig zijn magnetische inductiekookplaten en kookplaten gebruikelijk in Europa en Azië, maar blijven ze een nichetechnologie in de VS. As meer steden en staten gaan richting elektrificatie, hier is een blik op hoe magnetische inductie werkt en wat de voor- en nadelen zijn voor koken.

{vermeld Y=glH71fM9Oe4}
Elektrotechnisch ingenieur Bill Kornrumpf beschrijft hoe magnetisch inductiekoken werkt.

Verwarming zonder vlam

ik ben een elektrotechnisch ingenieur gespecialiseerd in elektromagnetisch veldonderzoek. Veel van mijn werk richt zich op medische therapietoepassingen - maar of je menselijk weefsel of een pan op een kookplaat blootstelt aan elektromagnetische velden, de principes zijn hetzelfde.

Om te begrijpen wat elektromagnetische velden zijn, is het sleutelprincipe dat een elektrische lading er een veld omheen creëert - in wezen een kracht die zich in alle richtingen uitstrekt. Denk aan statische elektriciteit, een elektrische lading die vaak wordt veroorzaakt door wrijving. Als je een ballon over je haar wrijft, zal de wrijving de ballon opladen met statische elektrische lading; als je de ballon van je hoofd af tilt, gaat je haar omhoog, zelfs als de ballon hem niet aanraakt. De ballon trekt met een aantrekkelijke elektrische kracht aan je haar.

Bewegende elektrische ladingen, zoals elektriciteit die door draad stroomt, produceren magnetische velden - zones van magnetische kracht rond het pad van de stroom. De aarde heeft een magnetisch veld omdat er elektrische stromen in de gesmolten kern stromen.

Magnetische velden kunnen ook elektrische velden produceren en daarom gebruiken we de term elektromagnetische velden. Dit concept werd ontdekt in de jaren 1830 door Engelse wetenschapper Michael Faraday, die lieten zien dat als een elektrisch geleidend materiaal, zoals een draad, in een bewegend magnetisch veld wordt geplaatst, er een elektrisch veld in de geleider ontstaat. We noemen dit magnetische inductie. Als de geleider tot een lus wordt gevormd, zal er een elektrische stroom rond de lus stromen.

De ontdekking van Faraday vormde de basis voor de ontwikkeling van elektromotoren. Zijn werk demonstreerde ook een manier om materialen te verwarmen zonder een traditionele warmtebron zoals vuur te gebruiken.

Waar komt de warmte vandaan?

Alle materialen hebben weerstand, wat betekent dat wanneer er elektrische stroom doorheen gaat, de stroom zal zijn enigszins gehinderd. Door deze weerstand gaat een deel van de elektrische energie verloren: de energie wordt warmte en als gevolg daarvan warmt de geleider op. In mijn biomedisch onderzoek onderzoeken we het gebruik van radiofrequente magnetische velden om weefsels in het lichaam op te warmen help het weefsel te genezen.

In plaats van conventionele branders worden de kookplekken op inductiekookplaten kookplaten genoemd en bestaan ​​ze uit draadspiralen die in het oppervlak van de kookplaat zijn ingebed. Voor maximale efficiëntie willen ingenieurs dat zoveel mogelijk van de magnetische veldenergie die door elke kookplaat wordt geproduceerd, wordt geabsorbeerd door het kookgerei dat erop zit. Het magnetische veld zorgt voor een elektrisch veld in de bodem van het kookgerei en door de weerstand zal de pan opwarmen, ook al doet de kookplaat dat niet.

Magnetische spoelen onder het keramische glasoppervlak van de kookplaat genereren een magnetisch veld dat pulsen rechtstreeks naar het kookgerei stuurt. Deze magnetische pulsen verwarmen het kookgerei. Stad San Jose

Voor de beste prestaties moeten magnetische inductiekachels en kookplaten werken met een hoge magnetische veldfrequentie - doorgaans 24 KHz. Ze hebben ook potten nodig die zijn gemaakt van materialen waar magnetische velden niet gemakkelijk doorheen gaan. Metalen met een hoog ijzer- of nikkelgehalte absorberen magnetische velden, dus ze zijn de meest efficiënte opties voor inductiekoken. IJzer absorbeert magnetische velden gemakkelijker dan nikkel en is veel goedkoper, dus materialen op ijzerbasis worden het meest gebruikt voor magnetische inductiekookgerei.

Responsiever en veiliger, maar duurder

Omdat inductiekookplaten iets nodig hebben om magnetische velden te absorberen om warmte te produceren, zijn ze intrinsiek veiliger dan een traditionele elektrische kookplaat. Als u uw hand op de kookplaat legt, zal uw hand niet merkbaar warm worden. En aangezien deze systemen kookgerei verwarmen zonder de kookplaat direct te verwarmen, koelen de kookplaten snel af nadat het kookgerei is verwijderd, waardoor het risico op brandwonden wordt verminderd.

Het kookgerei zelf heeft de neiging snel op te warmen en af ​​te koelen, en de temperatuurregeling is zeer nauwkeurig - een van de belangrijkste eigenschappen die waarde toevoegt aan gasfornuizen. Een ander pluspunt is dat inductiekookplaten doorgaans een glad oppervlak hebben - vaak glas of keramiek - en dus gemakkelijk schoon te maken zijn.

Moderne inductiekookplaten zijn net zo energiezuinig als traditionele elektrische fornuizen en ongeveer twee keer zo efficiënt als gasfornuizen. Maar dit betekent niet noodzakelijk dat ze minder duur zijn in het gebruik. In veel delen van de VS. aardgas is veel goedkoper dan elektriciteit, soms met een factor drie of vier. Dit verklaart deels de bredere acceptatie van inductiekookplaten in Europa, waar aardgas tot voor kort veel duurder was dan elektriciteit.

Een andere factor die de acceptatie heeft beïnvloed, is dat inductiekookplaten en kookplaten typisch zijn kosten meer dan traditionele gas- of elektrische fornuizen, hoewel niet wezenlijk. En koks zullen aluminium, koperen, niet-magnetische roestvrijstalen en keramische potten moeten vervangen, die allemaal niet effectief werken op inductiekookplaten. Een snelle controle is dat als een magneet aan de bodem van een pan blijft plakken, de pan ook werkt op een inductiekookplaat.

Ondanks deze factoren verwacht ik dat verordeningen voor het verminderen van het gebruik van aardgas zullen leiden tot een sterk uitgebreid gebruik van magnetische inductiekookplaten en kookplaten. Deze maatregelen zijn doorgaans gericht op nieuw gebouwde gebouwen, dus dat is niet nodig dure verbouwingen van bestaande woningen.

Jonge alleenstaanden en gezinnen die naar deze nieuwe woningen verhuizen, hebben misschien nog niet veel kookgerei aangeschaft en zullen de veiligheid van magnetische inductie waarschijnlijk waarderen, vooral als ze kinderen hebben. En early adopters die bereid zijn meer te betalen voor elektriciteit uit groene bronnen, of voor een hybride of elektrische auto, zijn misschien niet boos over het betalen van een paar honderd dollar meer voor een magnetische inductiekookplaat en pannen die ermee werken.

Op nationaal niveau kunnen de VS dat een of andere vorm van koolstofbeprijzing toepassen in de nabije toekomst, waardoor de kosten van aardgas stijgen. En er is ook een groeiende bezorgdheid over luchtverontreiniging binnenshuis door gastoestellen. Meer dan een eeuw nadat het voor het eerst werd voorgesteld, kan de dag van magnetisch inductiekoken in de zon zijn aangebroken.

Over de auteur

Kenneth McLeod, hoogleraar Systems Science, en directeur van Clinical Science and Engineering Research Laboratory, Binghamton University, State University of New York

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.