Farvel, brændere. brizmaker / iStock / Getty Images Plus

Mange eksperter har anmodet om at begrænse klimaændringerne et massivt skift fra fossile brændstoffer til elektricitet. Målet er at elektrificere processer som opvarmning af boliger og strømforsyning af biler og derefter generere de øgede elektriske strømbehov ved hjælp af kilder med lavt eller kulstofindhold som vind, sol og vandkraft.

Mere end 30 byer i Californien inklusive Berkeley , San Francisco, har bevæget sig i denne retning ved at forbyde naturgas i de fleste nye bygninger. I øjeblikket genererer energiforbrug i bygninger over 40% af San Franciscos drivhusgasemissioner.

Der er ligefrem elektriske muligheder for opvarmning af bygninger og varmt vand og tørring af tøj, men at gå elektrisk kan være mere kontroversielt i køkkenet. Traditionelle elektriske ovne er notorisk langsomme til at varme op og køle ned. De udgør også sikkerhedsproblemer, fordi deres opvarmningsspiraler kan forblive varme i titusinder af minutter, efter at de er slukket.

Hvad skal en seriøs kok lave? Et højteknologisk alternativ er magnetisk induktion. Denne teknologi blev først foreslået for over 100 år siden og demonstreret på verdensmessen i Chicago i 1933. I dag er magnetiske induktionskomfurer og kogeplader almindelige i Europa og Asien, men forbliver en niche-teknologi i USA As flere byer og stater bevæger sig mod elektrificering, her er et kig på, hvordan magnetisk induktion fungerer, og dens fordele og ulemper ved madlavning.

{vembed Y=glH71fM9Oe4}
Elektrisk ingeniør Bill Kornrumpf beskriver, hvordan madlavning med magnetisk induktion fungerer.

Opvarmning uden flamme

Jeg er en elektrotekniker med speciale i elektromagnetisk feltforskning. Meget af mit arbejde fokuserer på medicinsk terapiapplikationer - men uanset om du udsætter menneskeligt væv eller en pande på en kogeplade for elektromagnetiske felter, er principperne de samme.

For at forstå, hvad elektromagnetiske felter er, er nøgleprincippet, at en elektrisk ladning skaber et felt omkring det - i det væsentlige en kraft, der strækker sig i alle retninger. Tænk på statisk elektricitet, som er en elektrisk ladning, der ofte produceres ved friktion. Hvis du gnider en ballon på dit hår, vil friktionen oplade ballonen med statisk elektrisk ladning; så når du løfter ballonen væk fra dit hoved, stiger dit hår, selvom ballonen ikke rører ved den. Ballonen trækker i dit hår med en attraktiv elektrisk kraft.

Bevægelige elektriske ladninger, som elektricitet, der strømmer gennem ledningen, producerer magnetfelter - zoner med magnetisk kraft omkring strømens vej. Jorden har et magnetfelt, fordi elektriske strømme flyder i sin smeltede kerne.

Magnetfelter kan også producere elektriske felter, og det er derfor, vi bruger udtrykket elektromagnetiske felter. Dette koncept blev opdaget i 1830'erne af Engelsk videnskabsmand Michael Faraday, der viste, at hvis et elektrisk ledende materiale, såsom en ledning, placeres i et magnetisk felt i bevægelse, dannes der et elektrisk felt i lederen. Vi kalder dette magnetisk induktion. Hvis lederen formes til en sløjfe, strømmer en elektrisk strøm rundt om sløjfen.

Faradays opdagelse dannede grundlaget for udvikling af elektriske motorer. Hans arbejde demonstrerede også en måde at opvarme materialer på uden at bruge en traditionel varmekilde som ild.

Hvor kommer varmen fra?

Alle materialer har modstand, hvilket betyder, at når elektrisk strøm strømmer gennem dem, vil strømmen være hindrede i det mindste noget. Denne modstand får noget af den elektriske energi til at gå tabt: Energien bliver til varme, og som et resultat varmes lederen op. I min biomedicinske forskning undersøger vi brug af radiofrekvensmagnetiske felter til at opvarme væv i kroppen til hjælpe vævet med at heles.

I stedet for konventionelle brændere kaldes kogepladerne på induktionskogeplader kogeplader og består af trådspoler indlejret i kogepladens overflade. For at opnå maksimal effektivitet ønsker ingeniører, at så meget som muligt af den magnetiske feltenergi, der produceres af hver kogeplade, absorberes af køkkengrejene, der sidder på den. Magnetfeltet vil skabe et elektrisk felt i bunden af ​​køkkengrejene, og på grund af modstand opvarmes gryden, selvom kogepladen ikke gør det.

Magnetiske spoler under kogepladens keramiske glasoverflade genererer et magnetfelt, der sender impulser direkte til køkkengrejene. Disse magnetiske impulser er det, der opvarmer køkkengrejene. Byen San Jose

For at opnå den bedste ydelse skal magnetiske induktionskomfurer og kogeplader fungere ved en høj magnetfeltfrekvens - typisk 24 KHz. De kræver også potter lavet af materialer, som magnetfelter ikke let passerer igennem. Metaller med højt jern- eller nikkelindhold absorberer magnetfelter, så de er de mest effektive muligheder for induktionskogning. Jern absorberer magnetfelter lettere end nikkel og er langt billigere, så jernbaserede materialer bruges mest til magnetisk induktionskogegrej.

Mere lydhør og sikrere, men dyrere

Da induktionskogeplader kræver noget for at absorbere magnetfelter for at producere varme, er de iboende sikrere end en traditionel elektrisk kogeplade. Hvis du placerer din hånd på kogepladen, opvarmes din hånd ikke i nogen mærkbar grad. Og da disse systemer opvarmer køkkengrej uden direkte opvarmning af kogepladen, køles kogepladerne hurtigt af, når køkkengrejene er fjernet, hvilket reducerer risikoen for forbrændinger.

Køkkengrejene har tendens til hurtigt at varme op og køle ned, og temperaturkontrol er meget nøjagtig - en af ​​de vigtigste egenskaber, der tilbereder værdi i gaskomfurer. Et andet plus er, at induktionskogeplader ofte har glatte overflader - ofte glas eller keramik - så de er nemme at rengøre.

Moderne induktionskogeplader er lige så energieffektive som traditionelle elektriske ovne og ca. dobbelt så effektive som gaskomfurer. Men det betyder ikke nødvendigvis, at de er billigere at betjene. I mange dele af USA naturgas er langt billigere end elektricitet, undertiden med en faktor på tre eller fire. Dette forklarer delvist bredere accept af induktionskogeplader i Europa, hvor naturgas indtil for nylig var meget dyrere end elektricitet.

En anden faktor, der har påvirket adoption, er, at induktionskomfurer og kogeplader typisk er koster mere end traditionelle gas- eller elektriske ovne, men ikke i det væsentlige. Og kokke bliver nødt til at erstatte aluminium, kobber, ikke-magnetisk rustfrit stål og keramiske gryder, hvoraf ingen fungerer effektivt på induktionskogeplader. En hurtig kontrol er, at hvis en magnet klæber til bunden af ​​en gryde, fungerer gryden på en induktionskogeplade.

På trods af disse faktorer forventer jeg, at ordiner med reduktion af naturgasanvendelse vil føre til stærkt udvidet brug af magnetiske induktionskomfurer og kogeplader. Disse foranstaltninger fokuserer typisk på nybyggede bygninger, så de ikke kræver det dyre konverteringer af eksisterende hjem.

Unge singler og familier, der flytter ind i disse nye boliger, har muligvis endnu ikke erhvervet meget køkkengrej og vil sandsynligvis sætte pris på sikkerheden forbundet med magnetisk induktion, især hvis de har børn. Og tidlige adoptere, der er villige til at betale mere for elektricitet fra grønne kilder eller for en hybrid- eller elbil, er måske ikke ked af at betale et par hundrede dollars mere for en magnetisk induktionskogeplade og pander, der fungerer sammen med den.

På nationalt plan kan USA vedtage en form for kulstofprissætning i den nærmeste fremtid, hvilket vil øge omkostningerne ved naturgas. Og der er også voksende bekymring for indendørs luftforurening fra gasapparater. Mere end et århundrede efter, at det først blev foreslået, er den magnetiske induktionsdag i solen muligvis ankommet.

Om forfatteren

Kenneth McLeod, professor i systemvidenskab og direktør, klinisk videnskab og ingeniørforskningslaboratorium, Binghamton University, State University of New York

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.