Indukciós főzőlapok működésének elméleti háttere?

Nem villamos tér, pláne nem örvényes...

A "tűzhelyben" van egy nagyfrekvenciás mágneses teret előállító tekercs.

A minél gyorsabb a mágneses tér változása, annál nagyobb feszültséget indukál egy másik tekercsben és ezzel az áram is növekszik.

A lényeg, hogy olyan anyag kell, ami minél jobban mágneses (nagy permeabilitású) és minél jobb vezető is legyen, hogy az örvényáramok nagyobbak lehessenek. Ebből következik, hogy csak a ferromágneses használható és az ötvözés hatására se veszítsen ebből sokat...

Igazából nem muszáj egyetlen anyagnak teljesítenie ezeket, mert akár alkalmazható egy alumínium vagy réz vezető réteg/hálózat is a ferromágneses anyagba öntve/ágyazva, csak az számít, hogy ezen keresztül vonzza úgymond a lábos ferromágneses rétege az erővonalakat. Az ötvözet azért bonyolultabb, mivel rozsdamentesnek is kell lennie az pedig nem a mágnesezhetőségről híres.

Én úgy készíteném, hogy maga a lábos rozsdamentes acélötvözetből legyen és az aljába ebbe az anyagba legyen beágyazva több rézgyűrű síkban, növekvő átmérőkkel és fölé egy jó ferromágneses réteg kerüljön. Azt is figyelembe kell venni, hogy az üzemi hőmérsékletén ne érje el a Curie hőmérsékletet, különben nagyon rossz hatásfokkal működne felette.

Úgy tudom, két módja van az indukciós főzőlapok működésének, az egyik a Joule hőt használja ki, a második pedig a váltakozó mágneses térben elforduló mágneses momentumokon keletkező veszteséget, ez a hiszterézis veszteség.

ad 1.: Váltakozó áram esetén a szekunder tekercs belsejébe nem hatol be az áram, csak a külső felületén, illetve egy bizonyos mélységben folyik, ezt Szkin- vagy bőr hatásnak nevezik. Nyilván, minél vékonyabb az a réteg, amelyen folyik áram, annál nagyobb a vezető ellenállása, és P = I^2 * R képlet miatt annál nagyobb hő keletkezik rajta. A vezetés mélységet egy jó hosszú képlet írja le, ebből nekünk a lényeg annyi, hogy ebben a mágneses permeabilitás egy gyökös kifejezésben, egy törtvonal alatt szerepel. Tehát ha növelem a permeabilitást, csökken a vezetési mélység, növekszik az ellenállás, és növekszik a leadott Joule-hő.

ad 2.: A hiszterézis veszteség az anyag átmágnesezése során adódó veszteség. Ha egy mágnest egyszer felmágneseztünk, akkor ő szeretne ellenállni a mágnesezettség irányának megváltozásának, és ha ellentétes irányba akarjuk felmágnesezni, több energiát kell befektetnünk, mint ha egy nem mágneses anyagot mágneseznénk fel. Rajzolhatunk egy ún. hiszterézis görbét, ami azt fejezi ki, hogy adott mágneses tér mellett mennyire mágneses a mi anyagunk, és görbe által közbezárt terület arányos a mágnesezés során fellépő veszteséggel. Természetesen, nem mágneses anyagoknál ez a veszteség elenyészően kicsi.

Tudtommal az első megoldás sokkal elterjedtebb, nem tudom, hogy mágneses hiszterézist milyen gyakran használnak ilyen célra, de látható, hogy az első módszer nem mágneses anyagokkal csak nagyságrendekkel gyengébben fog működni, míg a második gyakorlatilag egyáltalán nem.