Come spiegare perché l'alluminio non funziona su una stufa a induzione?

Quei cuochi che usano i piani cottura a induzione li adorano, ma alcuni lamentano il tipo limitato di padelle disponibili . Purtroppo i miei poteri di spiegazione non sono abbastanza buoni da spiegare come una stufa ad induzione funzioni abbastanza bene da spiegare perché l'alluminio non è adatto.

Ora penso di poterne costruirne uno, ma a quanto pare non posso spiegarli semplicemente.

Una stufa a induzione è un trasformatore ad alta frequenza. L'avvolgimento primario è incorporato nella stufa, l'avvolgimento secondario è il fondo della pentola o padella posto su di esso.

In linea di principio, un tale trasformatore funziona con tutti i tipi di conduttori come secondario. Il problema è che vuoi avere un'alta resistenza elettrica nel secondario. Perché quell'alta resistenza elettrica è ciò che produce il calore all'interno del fondo della pentola o padella.

Ed ecco dove cadono alluminio e rame. Sono buoni conduttori e hanno una bassa resistenza elettrica.

Il ferro al contrario ha una resistenza elettrica molto elevata a causa di una caratteristica speciale: perché le sue correnti CA ferromagnetiche possono fluire solo in uno strato molto sottile sotto la sua superficie. Questo si chiama effetto pelle . Ancora una volta, ogni metallo mostra quell'effetto pelle , ma per il ferro è 80 volte più alto che per alluminio e rame. E così è la resistenza e la produzione di calore.

Ecco perché è necessario un foglio di ferro sul fondo della pentola o della padella.

La cottura a induzione funziona inducendo un campo nel metallo del contenitore di cottura in modo che le correnti risultanti causino la dissipazione di energia.

Per il metallo nell'ordine dei 3-10 mm di spessore, a frequenze abbastanza basse i campi indotti si verificano in tutto il metallo.

All'aumentare della frequenza, la zona di riscaldamento occupa un'area sempre più vicino all'esterno del metallo a causa di ciò che è noto come "effetto pelle".
Buona discussione su Wikipedia qui: " effetto pelle ".

Wikipedia dice:

• L'effetto pelle è la tendenza di una corrente elettrica alternata (CA) a distribuirsi all'interno di un conduttore in modo tale che la densità di corrente sia maggiore vicino alla superficie del conduttore e diminuisca con maggiori profondità nel conduttore. La corrente elettrica fluisce principalmente sulla "pelle" del conduttore, tra la superficie esterna e un livello chiamato profondità della pelle. L'effetto pelle fa sì che l'effettiva resistenza del conduttore aumenti a frequenze più alte dove la profondità della pelle è minore, riducendo così la sezione effettiva del conduttore. L'effetto pelle è dovuto alle opposte correnti indotte dal cambiamento del campo magnetico risultante dalla corrente alternata. A 60 Hz in rame, la profondità della pelle è di circa 8,5 mm. Alle alte frequenze la profondità della pelle diventa molto più piccola.

e, soprattutto:

• La profondità della pelle varia anche come radice quadrata inversa della permeabilità del conduttore. Nel caso del ferro, la sua conduttività è di circa 1/7 di quella del rame. Tuttavia, essendo ferromagnetico, la sua permeabilità è circa 10.000 volte maggiore. Ciò riduce la profondità della pelle del ferro a circa 1/38 di quella del rame, circa 220 micrometri a 60 Hz. Il filo di ferro è quindi inutile per le linee di alimentazione CA.

Questa combinazione di caratteristiche, che porta ad elevate perdite di ferro rispetto al rame, lo rende inutile per le linee di trasmissione di potenza a bassa perdita MA superiore per causare perdite induttive e riscaldamento quando si utilizza la migliore tecnologia praticamente disponibile.

Tuttavia, uno dei fattori nelle perdite di materiale è la frequenza del campo CA. Man mano che la frequenza aumenta, la profondità della pelle diminuisce, la resistenza del materiale conduttore aumenta di conseguenza e le perdite aumentano. Per la profondità della pelle di rame con frequenza varia come mostrato nella tabella seguente. :

Profondità della pelle in rame

[Tabella da Wikipedia. ]

Al momento, i semiconduttori a commutazione di potenza del mercato al consumo sono limitati a frequenze di commutazione massime di circa 100 kHz per motivi economici. Le frequenze in questa gamma sono del tutto adeguate per il riscaldamento delle attrezzature di cottura del ferro. Le frequenze tipiche in uso sono infatti nell'intervallo 20-100 kHz con circa 25 kHz comuni.

Quando (o se) gli sviluppi negli interruttori a semiconduttore consentono la commutazione economica della potenza a frequenze nell'intervallo da 1 a 10 MHz, le profondità della pelle di rame saranno ridotte, rispetto a quella a 20 kHz di un fattore di circa 10-30 volte. Ciò ridurrebbe la profondità della pelle di rame a circa quella del ferro a 20 kHz. A causa della maggiore resistività del ferro, le perdite e quindi il riscaldamento nel rame sarebbero ancora inferiori ma probabilmente abbastanza elevate da consentire lo sviluppo di soluzioni di riscaldamento innovative a base di rame.

Rame rispetto ad alluminio / alluminio / alluminio *

La profondità della pelle dell'alluminio è di circa 1,25 x quella del rame.
La resistività dell'alluminio è circa 1,6 x quella del rame.
Pertanto, il riscaldamento dell'alluminio alla stessa frequenza potrebbe essere circa il 25% in più rispetto al rame. Che è abbastanza vicino allo stesso identico dato che tutto il secondo ordine influisce sulla probabilità di essere incontrato.

• Re Alumium / Alluminio / Alluminio - colpa di Sir Humphry Davy :-)