Gyorskeresés

Indukciós főzőlap, olvasztó (kemence), csőhajlító gép 3876

 Konyhai indukciós főzőlap 

A konyhai indukciós főzőlapok belsejében mindig található egy vastagabb, rézdrótból készült tekercs:

Ha ebbe a rézdróttekercsbe nagyfrekvenciás $(20\unicode{x2013} 30\ \mathrm{kHz})$ váltakozó áramot vezetnek, akkor az áram által gerjesztett mágneses mező is nagy frekvenciával változik. Ez két következménnyel is jár:

  • egyrészt a változó mágneses mező körül indukálódó örvényes elektromos mező
    \[\mathrm{Ö_E}=\mathscr{E}_{\mathrm{i}}=\sum \vec{E_{\mathrm{i}}}\cdot \Delta \vec{s}=-\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}\]
    örvényerőssége óriási lesz, hiszen mindig nagyon kis \(\Delta t\) idő alatt változik a mágneses mező például a maximum értékéről nullára, a kis nevező miatt a tört értéke nagy lesz. Emiatt a közelben lévő fémekben (például az indukciós főzőlapra helyezett lábas alsó lapjában) az indukálódó örvényes elektromos mező örvényáramokat kelt, és az áram Joule-hője melmelegíti a közelben lévő fémtárgyakat. Ez az effektus mindenféle vezető anyagban jelentkezik (alumínium, réz, acél).
  • másrészt ha a közelben lévő fém anyaga ferromágneses tulajdonságú (mint amilyen a vas, vagy a "sima", nem rozsdamentes acél), akkor az indukciós tekercs másodpercenként több tízezerszer átmágnesezi a fémet ilyen-olyan irányba, aminek során az energia egy része hővé alakul a fémben (ezt hívják hiszterézisveszteségnek).

Bár az indukciós főzőlapnál egyszerre mindkét effektus jelen van, az utóbbi (átmágnesezés) jóval erősebb hőfejlődéssel jár. Ehhez azonban ferromágneses rétegre van szükség az indukciós lábas, fazék, serpenyő aljában. Emiatt nem használható indukciósfőzőlapon bármilyen edény, csak amin ezt jelzik; az alábbi képen a jobb szélső ikon az indukciós tekercset szimbolizálja (vagy pedig betűkkel kiírják, hogy INDUCTION).

Tehát rézedény, alumínium edény vagy egy egyszerű rozsdamentes edény (aminek aljában nincs beépítve egy ferromágneses réteg) nem alkalmas az indukciós főzőlapra.

Az alábbi képen azt mutatják be, hogy az indukciós tűzhely sötét színű, üveg fedőlapját (mivel az sem ferromágneses), a változó mágneses mező nem hevíti fel, ezért ott nem olvad meg a csokoládé, viszint az indukciós serpenyő aljában igen. Ez az égési sérülések kockázata szempontjából előnye az indukciós tűzhelynek. (Természetesen a forró serpenyő átmelegíti az alatta lévő kerámialapot, de az rossz hővezető, így oldalirányban nem forrósodik át az egész lap.)

Itt pedig ugyanezt látjuk tojással:

illetve vajjal:

Az indukciós főzőlap tekercse fölé fölé helyezett fémekben két, eltérő effektus okoz hőfejlődést:

  1. a tekercsben folyó nagyfrekvenciás áram miatt gyorsan változó mágneses mező minden fémben örvényáramokat kelt, melyek a véges ohmikus ellenállású fémben folyva elkerülhetetlenül Joule-hőt fejlesztenek
  2. ferromágneses anyagokban (pl. vas) az anyag gyakori felmágnesezése majd ellentétes irányú átmágnesezése során ún. hiszterézisveszteség lép fel (mintha az ide-oda forgatott kis atomi, elemi mágnesek a forgatás során a súrlódás révén energiát vesztenének, disszipálnának)

A konyhai indukciós főzőlapnál csak indukciós edény használható, melynek alsó lapjában olyan réteg található, melyben az utóbbi, hiszterézisveszteség olyan nagy, hogy a minden fémben jelentkező örvényáramú hőfejlődés ehhez képest kicsi, így "csak az edény alját melegíti".
 

 Indukciós kemence 

A fenti indukciós elvet használják a kis menyiségű fémek olvasztására készített kemencék is (ékszerészek, fogtechnikusok). Itt jellemzően $(50\unicode{x2013} 100\ \mathrm{kHz})$ frekvenciájú váltakozó áramot vezetnek a néhány menetes tekercsbe, ami örvényáramok keltése révén olvadásig forrósítja a kerámia edényben lévő fémdarabokat, például az alábbi videóban az aranyrögöket. A néhány menetes, vastag rézcsőből készült "kosár", melybe az olvasztótégelyt teszik, az indukciós tekercs. Amiatt készül csőből és nem tömör rúdból, mert a skin-effektus miatt úgyis csak a felszínén folyik a nagyfrekvenciás áram, így a cső belsejébe fölösleges lenne a réz.

Rudak, csövek összehegesztésére is lehet használni az effektust, az alábbi képen 


 

 Acélcsövek hajlítása indulciós körárammal 

A nagy átmérőjű acél csővezetékek kanyarodó, íves elemeit nem eleve ívesre gyártják le, hanem egyenes csőből hajlítják. Ehhez a cső köré egy indukciós dróttekercset helyeznek, ami nem ér hozzá a csőhöz. A tekercsbe nagy frekvenciás (nagyságrendileg $10\dots 100\ \mathrm{kHz}$) váltakozó áramot vezetnek. A kissé meglágyult, keskeny csőszakaszon a cső hajlítható (persze ehhez még így is kellően erős gépek szükségesek). A módszer előnye (a gázlánggal melegítéshez képest), hogy így pontosan szabályozható a cső hőmérséklete: csak annyira melegítik fel (kb. $1000\ \mathrm{{}^\circ C}$‑ra), amennyire az elhajlításhoz épp szükséges. Ha ennél magasabb hőmérsékletre melegítenék fel, azzal az acél szilárdsági, rugalmassági és korrózióvédelmi tulajdonságai romlanának, több okból is:

  • a csőfalban a kristályszerkezet esetleg módusul
  • a magasabb hőmérsékleten egyre több kémiai rakció indul meg a levegőben és a fém felületén található anyagokkal, melyek elszennyezik a cső anyagát
  • túlzott felhevülés esetén a hajlításkor a csőfal könnyen elvékonyodik

 Ugyanígy hajlítják meg a hullámvasutak, hidak, stadionok, repülőtér aulák stb acél szerkezeteinek íves elemeit is:

Típus: