مواقد الحث لا تسخن ولكنها تسخن الطعام. السر يكمن في المجال المغناطيسي
بقلم دان يودليفيتش، موقع معهد ديفيدسون لتعليم العلوم
أصبحت مواقد الحث شائعة في إسرائيل في السنوات الأخيرة وتحل تدريجياً محل مواقد الغاز الشائعة. يشعل موقد الغاز تيارًا مستمرًا من غاز الطهي القابل للاشتعال، كما تعمل حرارة الاحتراق على تسخين أواني الطهي الموضوعة على الموقد. ولكن كيف يعمل الطباخ التعريفي الذي لا يسخن على الإطلاق أثناء تشغيله، ولماذا تكون بعض الأواني مناسبة للطهي عليها والبعض الآخر لا؟
الاستقراء، أو الإلهام في هذا السياق، هو اختصار للمصطلح "الحث الكهرومغناطيسي"، والتي على أساسها يعمل طباخ التعريفي. في الحث الكهرومغناطيسي، يقوم المجال المغناطيسي الذي يتغير بمرور الوقت بتحريض، أي إنتاج، تيارات كهربائية في الموصلات الكهربائية، على سبيل المثال المعادن، التي تكون قريبة من مصدر المجال المغناطيسي. وينسب اكتشاف هذه الظاهرة إلى العالم الإنجليزي في القرن التاسع عشر مايكل فارادي اسمه من بعده قانون فاراداي يلهم. صحيح أن فاراداي اكتشف الظاهرة في تجربة مخبرية، لكن الفيزيائي الاسكتلندي جيمس كليرك ماكسويل وقام بصياغة معادلاتها الرياضية. تصف قوانين ماكسويل سلوك الدوائر الكهربائية بشكل عام والموجات الكهرومغناطيسية بشكل خاص.
المغناطيس الكهربائي الذي يولد تيارا كهربائيا
وفقًا لقانون فاراداي، فإن المجال المغناطيسي الذي يتغير بمرور الوقت يولد تيارًا كهربائيًا في موصل قريب. يمكن أن يكون مصدر المجال المغناطيسي المتغير مغناطيسًا متحركًا أو مغناطيسًا يتحرك الموصل بالنسبة إليه. وعلى هذا المبدأ تعمل جميع محطات توليد الكهرباء - محطات توليد الطاقة - باستثناء المحطات التي تستخدم الخلايا الشمسية. يمكن أن يكون مصدر المجال المغناطيسي أيضًا تيارًا كهربائيًا يتدفق في السلك، وإذا تغير التيار بمرور الوقت، فإن المجال الذي ينتجه يتغير أيضًا. لذلك، فإن التيار المتردد - وهو التيار الذي يتغير حجمه واتجاهه بشكل دوري - الذي يتدفق في الملف، يولد مجالًا مغناطيسيًا يتغير بمرور الوقت. يمر المجال المغناطيسي المستحث عبر الهواء دون الحاجة إلى اتصال فيزيائي بين مصدر التيار والموصل، وبالتالي يمكن للتيار المتغير أن يحفز تيارًا في الموصل حوله دون الحاجة إلى اتصال مباشر بينهما.
عادة ما يتم بناء الموقد من سطح زجاجي مقسى يوجد تحته سلك نحاسي ملفوف في ملف كثيف. عندما يعمل المألوف، يتدفق تيار متردد عبر الملف ذهابًا وإيابًا بتردد 50-25 كيلو هرتز (ألف مرة في الثانية). يبدو أن هذا هو سعر صرف مرتفع، ولكن بالمقارنة مع موجات الراديو الشائعة فهو تردد منخفض نسبيًا. فالراديو، على سبيل المثال، يعمل بتردد يبلغ نحو 100 ميغاهيرتز (مليون مرة في الثانية)، وتعمل الهواتف المحمولة بترددات تصل إلى خمسة غيغاهيرتز (مليار مرة في الثانية). يحفز التيار المتردد في الملف مجالًا مغناطيسيًا متغيرًا في محيطه، وعندما يتم وضع إناء طهي مناسب على الموقد، فإن المجال المغناطيسي المتغير يحفز تيارًا مترددًا بنفس التردد في قاع الوعاء أو المقلاة.
المغناطيس الكهربائي للتدفئة
تسخن أواني الطهي بسبب مقاومة المعدن الذي يتكون منه إلى التيار الكهربائي الذي يتدفق من خلاله. يحتاج الجزء السفلي من الوعاء إلى توصيل الكهرباء حتى يتدفق التيار الكافي من خلاله، ولكن يلزم وجود مقاومة كهربائية كافية، ضمن نطاق معين، لتوليد الحرارة التي من شأنها تسخين الوعاء والطعام بداخله. ولتحقيق هذه الغاية، تم تسخير "تأثير القشرة"، وهي ظاهرة لا يتدفق فيها التيار المتردد في موصل - على سبيل المثال، قاع وعاء - عبر الحجم الكامل للمعدن ولكن فقط عند عمق معين من المعدن. سطح المادة. كلما كان عمق اختراق التيار أصغر، زادت مقاومة الموصل للتيار وسيسخن أكثر. ولذلك، فإن الأدوات المصنوعة من المعادن ذات عمق اختراق منخفض مناسبة لأجهزة الطهي التعريفي.
وتتكون في المادة دوامات كهربائية وهي عبارة عن آلات تيارات البخار (التيارات الدوامية) أو التيارات الدوامية، وهي تحد من اختراق الموجات الكهرومغناطيسية. يعتمد عمق اختراق التيار المتردد على تردد التيار، وسوف ينخفض كلما زاد التردد. من الناحية النظرية، يكون التردد الأعلى قدر الإمكان أفضل بحيث يكون عمق الاختراق صغيرًا قدر الإمكان، لكن المواقد الحثية تستخدم ترددًا يبلغ عشرات الكيلو هرتز. تم اختيار تردد العمل بشكل أساسي بسبب تكلفة المكونات، حيث أن المكونات التي تسمح بالعمل بترددات عالية تكون أكثر تكلفة بكثير.
ويعتمد تأثير القشرة أيضًا على نوع المعدن، وبشكل خاص على مقاومة المادة والنفاذية المغناطيسية (النفاذية) منه تعتبر المعادن مثل النحاس والألومنيوم، والتي تستخدم في صناعة القدور والمقالي، موصلات جيدة، لذا فإن عمق الاختراق فيها يكون صغيراً. في المقابل، يتمتع الفولاذ المغناطيسي بنفاذية أعلى بألف مرة من النحاس والألومنيوم، مما يعني أنه ممغنط استجابة للمجال المغناطيسي المستحث فيه. ونتيجة لذلك فإن عمق اختراق التيار المستحث في الفولاذ المغناطيسي، أي سمك "القشرة" في تأثير القشرة، يكون أحياناً أصغر بعشرات المرات من عمق التيار المستحث في النحاس أو الألومنيوم. لذلك، غالبًا ما تكون الأدوات المناسبة لأجهزة الطهي التعريفي مصنوعة من الفولاذ المغناطيسي. القاعدة الأساسية المريحة للتحقق مما إذا كانت الأداة مناسبة للطهي التعريفي هي ما إذا كانت الأداة ستتمغنط مع مغناطيس منزلي.
لدي تحريض أكثر فعالية
ما هو أفضل؟ موقد الحث، موقد السيراميك الكهربائي، أو موقد الغاز؟ ذلك يعتمد، من بين أمور أخرى، على تفضيلات الطهي. يفضل البعض أسلوب الطبخ التقليدي الذي توفره مواقد الغاز، ولن نتناول هذه المسألة الذاتية. وسوف نركز على القضايا التي يمكن قياسها كميا. يتمتع الحث بميزة واضحة في كفاءة استخدام الطاقة، كما أن مواقد الحث تصل كفاءتها إلى ثلاث مرات بائعي الغاز تعتبر مواقد الحث أيضًا أكثر كفاءة من مواقد السيراميك الكهربائية القياسية. يحتوي هذا الموقد الكهربائي على ملف يتم من خلاله تمرير التيار. بسبب المقاومة العالية للملف فإنه يسخن، وبدوره يقوم بتسخين الأداة التالية عند الاتصال المباشر بالسطح أو بسبب الإشعاع الحراري الناتج عن الملف.
نظرًا لطبيعة التشغيل، فإن الطباخ التعريفي يستهلك الكهرباء فقط إذا تم وضع وعاء عليه، ويتم استثمار كل الكهرباء تقريبًا مباشرة في تسخين أواني الطهي. من ناحية أخرى، ينتج موقد الغاز الحرارة عن طريق الاحتراق، وبالتالي يتم إهدار الكثير من الطاقة في تسخين بيئة الطهي. وهذا أيضًا هو تفسير سبب قيام مواقد الحث في كثير من الأحيان بتسخين الأطباق بشكل أسرع من مواقد الغاز.
بشكل عام، تعتبر المواقد الحثية أكثر أمانًا للاستخدام. تقوم آليات السلامة بقطع التيار في حالة عدم وضع أداة مناسبة على الموقد، ولا يوجد خطر الإصابة بحروق مباشرة من مصدر التسخين لأن الملف لا يمكنه تسخين الجسم بشكل مباشر. بالطبع هناك خطر الإصابة بالحروق من أواني الطهي الساخنة أو إذا كان الموقد لا يزال ساخنًا بعد الطهي، على غرار موقد الغاز. يعتبر الموقد الكهربائي الخزفي خطيرًا في هذا الصدد لأنه يسخن السطح كثيرًا وفي بعض الأحيان لا يمكن ملاحظة ذلك، مقارنة بموقد الغاز حيث يمكنك رؤية اللهب المشتعل. يشكل تسرب الغاز خطراً كبيراً في أنظمة الغاز، ولا يوجد في المستويات العالية التي تعتمد على الكهرباء، على الرغم من أن تسرب الغاز نادر في البنى التحتية القياسية والحديثة ويحدث بشكل رئيسي في البنى التحتية المرتجلة وغير الخاضعة للرقابة.
المواقد التعريفي تنتج الإشعاع الكهرومغناطيسي، ولكن نطاق التردد الإشعاع يعتبر آمنًا وعلى أي حال يتم امتصاص معظم الإشعاع بواسطة أواني الطهي. لا يوجد خطر التعرض لصدمة كهربائية أثناء الطهي بالحث الكهربائي، على الرغم من أن الموقد الحثي يولّد تيارًا كهربائيًا في قاع القدر. يتم إحداث التيار في نطاق صغير جدًا في أسفل الجدار، وبالتالي لا يتدفق أي تيار في منطقة مقابض الوعاء، ويتوقف التيار في الأسفل بمجرد رفع الوعاء. على الأقل "يفضل" التيار الكهربائي التدفق في الوعاء، لأن المقاومة في الوعاء أقل من مقاومة جسمنا. إذا كان الأمر كذلك، فإن الخطر الرئيسي في مواقد الحث هو خطر الحروق من وعاء ساخن وليس خطر الصعق بالكهرباء.
التحريض يؤتي ثماره
أثناء انقطاع التيار الكهربائي، هناك ميزة في توفر مصدر للطهي والتدفئة لا يعتمد على الكهرباء. ومع ذلك، كانت هذه الميزة ذات صلة عندما كانت شبكة الكهرباء في إسرائيل أقل موثوقية، في حين أن شبكة الكهرباء في إسرائيل اليوم هي واحدة من أكثر الشبكات موثوقية في العالم. في السنوات الاخيرة كان هناك حوالي 200 دقيقة من انقطاع التيار الكهربائي لكل عميل سنويا، في المتوسط، أقل من 0.05٪ من إمدادات الكهرباء. ويعني هذا الرقم أن موثوقية إمدادات الكهرباء تزيد عن 99.95 بالمائة. من ناحية، تتمتع مواقد الغاز بميزة واضحة حتى اليوم، وهي تكلفة الاستثمار الأولي. تكلف نماذج طباخات الحث الأساسية ضعفين إلى ثلاثة أضعاف تكلفة مواقد الغاز. لكن، بحسب التحليل وفقًا لوزارة الطاقة، يتم تعويض هذه التكلفة من خلال ارتفاع تكاليف استهلاك الغاز المنزلي، مما يجعل مواقد الحث أرخص على المدى الطويل.
في الختام، تعتبر المواقد المعتمدة على الحث آلية مبتكرة للطهي المنزلي، وشعبيتها آخذة في الازدياد. تعتمد آلية عملها على تحريض المجالات الكهرومغناطيسية التي تعمل مباشرة على تسخين أواني الطهي المصنوعة من المعدن المغناطيسي. تعتبر مواقد الحث أكثر أمانًا من مواقد الغاز، كما أنها أكثر كفاءة، ومن المتوقع أن يزداد توزيعها في السنوات القادمة.
إلى موقع معهد ديفيدسون لتعليم العلوم
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
الردود 8
ربما يمكنك في شيجرا الاعتماد على مصدر طاقة عادي، لكن أولئك الذين لا يريدون الاعتماد على نصر الله أو خامنئي لشرب القهوة يحتاجون إلى نوع من الدعم غير الكهربائي.
الرد على شتوين:
لقد كتب بالتأكيد في المقال.
تاريخ:
"بالطبع هناك خطر الإصابة بالحروق من أواني الطبخ الساخنة أو إذا كان الموقد لا يزال ساخنا بعد الطهي، على غرار الطبخ بالغاز"
يرجى العثور على صورة خالية من حقوق الطبع والنشر وسوف أقوم باستبدالها.
من خلال سنوات عديدة من الخبرة في مجال الطهي بالحث، يتم بالفعل تسخينها عن طريق التسخين الثانوي من الوعاء، ولكن قليل من المرات أقل دراية بالسيراميك الكهربائي الذي يسخن ويضيء المناطق المحيطة به من الحرارة المفرطة، أو مواقد الغاز حيث يشتعل الحامل ثلاثي الأرجل على مئات الدرجات من النار المرئية، من ناحية أخرى، فإن التسخين من وعاء الحث لا يصل إلى درجات الحرارة القصوى، حيث حاول وضع قطعة من الورق تحت وعاء الحث وستجد أنه لا يحترق عند الجميع.
الصورة المرفقة تم إنشاؤها بواسطة الذكاء الاصطناعي وبالطبع تحتوي على الكثير من الأخطاء. تحت أي انتقاد، وليس في مستواك المعتاد!
على حد ما أتذكر، تتطلب مواقد الحث الحديثة نظامًا كهربائيًا ثلاثي الطور، والذي على الرغم من أن معظم المنازل تمتلكه بشكل قياسي، إلا أنه ليس دائمًا في المنازل القديمة.
الأهم أنه قيل لنا إن أسعار الغاز انخفضت كثيراً بعد بدء إنتاج الغاز من حقول «كاريش» و«تمار» و«ليفيتان».
من الواضح أن الكاتب المتعلم لم يطبخ قط على موقد الحث. من الناحية النظرية لا تسخن، لكن أواني الطبخ تسخن وبالتالي يسخن الموقد. ولذلك فإن الموقد نفسه يغلي بعد الطهي ولا تقل نسبة تبريده عن معدل تبريد الموقد الذي يعمل على اللهب المكشوف.