Przeczytaj
Warto przeczytać
Prąd indukcyjny wzbudzany jest w obwodzie zamkniętym nie tylko wtedy, gdy zachodzi ruch magnesu względem tego obwodu (tak jest w przypadku prądnicy). Wzbudzany jest także wtedy, gdy zmienia się wartość indukcji magnetycznejindukcji magnetycznej w obrębie tego obwodu. Wtedy zmienne pole magnetyczne wytwarza wirowe pole elektryczne, które wprawia elektrony swobodne w przewodniku tworzącym obwód w ruch okrężny. Ten drugi sposób wzbudzania prądu indukcyjnego dotyczy właśnie kuchni indukcyjnej oraz pieca indukcyjnego służącego do topienia metali.
Jeśli bryłkę metalu włożymy w obszar zmieniającego się pola magnetycznego, to wewnątrz bryłki będą płynęły prądy indukcyjne tzw. prądy wirowe (Foucaulta) spowodowane właśnie wyindukowanym wirowym polem elektrycznym. Na Rys. 1. pokazano schematycznie taką sytuację.
Gdy prąd w zwojnicy wytwarzającej pole magnetyczne rośnie, to prądy wirowe powstające wewnątrz metalu będą płynęły (zgodnie z regułą Lenzaregułą Lenza), tak jak zaznaczono to czerwonymi liniami na rysunku. Jeśli zastosujemy w zwojnicy prąd przemienny, to prądy wirowe również będą prądami przemiennymi. Każdy prąd płynący w przewodniku, a tutaj w całej objętości bryłki, powoduje ogrzanie przewodnika. Na ogół jest to szkodliwe (np. w rdzeniu transformatoratransformatora), ale może też być pożyteczne – w kuchence indukcyjnej lub w piecu do topienia metali.
Zdjęcie poniżej (Rys. 2.) przedstawia realizację pomysłu ogrzewania metalu za pomocą zmiennego pola magnetycznego.
Wróćmy do kuchenki. W kuchence pod płytą ceramiczną znajduje się uzwojenie spiralne (zobacz Rys. 3.) wytwarzające pole magnetyczne, które obejmuje swoim zasięgiem dno garnka stojącego na płycie. (Pole magnetyczne sięga najwyżej do odległości 4 cm ponad uzwojenie spiralne.)
Garnek stalowy albo żeliwny jest ferromagnetykiemferromagnetykiem, czyli dodatkowo silnie wzmacnia pole magnetyczne istniejące w swoim obrębie. Przy zastosowanej dużej częstotliwości prądu płynącego w uzwojeniu, wynoszącej 25 kHz równie szybkie zmiany pola magnetycznego prowadzą do uzyskania prądów indukcyjnych o dużym natężeniu i wobec tego znacznego wydzielenia się ciepła w podstawie garnka. Ciepło to jest przecież wprost proporcjonalne do kwadratu natężenia prądu. Garnek jest skutecznie ogrzewany, a razem z nim znajdująca się wewnątrz potrawa (Rys. 4.).
Słowniczek
(ang. electromagnetic induction) - wytwarzanie prądu indukcyjnego (SEM indukcji) w obwodzie zamkniętym, podczas zmiany strumieniastrumienia pola magnetycznego przechodzącego przez ten obwód
(ang. magnetic flux) - strumieniem indukcji magnetycznej przez powierzchnię S nazywamy iloczyn skalarny wektorów i : =, gdzie jest kątem między wektorami i .
(ang. Lenz's law) - reguła ułatwiająca szybkie wyznaczenie kierunku prądu indukcyjnego.
Formułuje się ją najczęściej w następujący sposób:
Kierunek prądu indukcyjnego jest taki, że przeciwdziała przyczynie, która go wywołała.
Przeciwdziałanie przyczynie polega tu na tym, że gdy strumień rośnie, to pole magnetyczne wytworzone przez prąd indukcyjny jest tak skierowane, żeby zmniejszyć ten strumień. I odwrotnie: gdy strumień maleje, to wyidukowane pole magnetyczne jest tak skierowane, żeby strumień wzmocnić.
(ang. transformer) - urządzenie elektryczne podwyższające lub obniżające napięcie przemienne.
(ang. ferromagnet) - substancja, która jest silnie przyciągana przez magnes i może wykazywać trwałe namagnesowanie. Przykładowymi ferromagnetykami są żelazo, kobalt, nikiel, niektóre stopy żelaza, np. stal alnico, a także niektóre tlenki jak np. hematyt, FeIndeks dolny 33OIndeks dolny 44.