Индукционная плита: почему греется кастрюля, а не стекло
Опыт Фарадея с катушками, выставка 1933 года и «холодный верх» 1971-го. Как вихревые токи греют дно кастрюли, почему нужна посуда, к которой липнет магнит, и правда ли индукция экономнее.
На индукционной плите греется не плита. Положите ладонь на стеклянную поверхность включённой конфорки — если на ней нет кастрюли, она останется почти холодной. Поставьте кастрюлю — и вода в ней обычно закипит быстрее, чем на газе. Тепло рождается прямо в дне посуды. А сам принцип, который заставляет кастрюлю греться, открыли почти двести лет назад, задолго до того, как кто-то подумал готовить с его помощью суп.
Человек, который заставил магнит рождать ток
В 1831 году английский учёный Майкл Фарадей проделал опыт, который изменил мир. Он обнаружил, что если магнитное поле рядом с проводником меняется, в проводнике возникает электрический ток. Сам по себе, без батареи. Это явление назвали электромагнитной индукцией.
Опыт выглядел скромно. Фарадей намотал две отдельные катушки провода на железное кольцо. Одну подключал к батарее, другую — к чувствительному прибору, измерявшему ток. Пока ток в первой катушке был постоянным, прибор молчал. Но в тот миг, когда Фарадей замыкал или размыкал цепь, стрелка дёргалась. Ток рождался не от магнитного поля, а от его изменения. Это и есть главный ключ к индукционной плите: поле должно всё время меняться.
На этом открытии стоит почти вся наша электрическая жизнь: генераторы электростанций, трансформаторы, зарядка телефона без провода. И, как выяснилось сто лет спустя, — кухонная плита.
От выставки до кухни
А теперь самое интересное. Индукционный нагрев впервые показали публике как способ готовить на Всемирной выставке в Чикаго в 1933 году. Посетители смотрели на кастрюлю, которая кипит на холодной поверхности, как на фокус. В 1950-х компания Frigidaire, принадлежавшая General Motors, снова демонстрировала индукционные плиты — снова как диковинку.
Долго всё упиралось в электронику: чтобы плита работала, нужен мощный преобразователь тока высокой частоты, а в те годы он был громоздким и дорогим. Первую по-настоящему современную бытовую индукционную плиту создали в исследовательском центре Westinghouse и показали в 1971 году на выставке строителей жилья в Хьюстоне. Она называлась Cool Top — «холодный верх». Название было лучшей рекламой: оно обещало плиту, о которую нельзя обжечься.
Массовыми индукционные плиты стали гораздо позже, когда силовая электроника подешевела.
Как это работает
Под стеклокерамической поверхностью каждой конфорки лежит плоская катушка из медного провода. Электроника пропускает через неё переменный ток очень высокой частоты — обычно десятки тысяч колебаний в секунду, в диапазоне примерно от 20 до 100 килогерц. Вокруг катушки возникает быстро меняющееся магнитное поле.
Когда на конфорку ставят кастрюлю, это поле проходит через её металлическое дно. И тут срабатывает открытие Фарадея: в дне возникают электрические токи. Они кружатся внутри металла, как водовороты, — их так и называют, вихревые токи. Металл сопротивляется этим токам и нагревается. Получается, нагревательный элемент плиты — само дно вашей кастрюли.
Стекло между катушкой и кастрюлей не участвует в процессе. Оно нагревается только от горячего дна, которое на нём стоит. Поэтому после того как кастрюлю сняли, поверхность остывает гораздо быстрее, чем у обычной электроплиты.
Почему не всякая кастрюля подходит
Индукция работает с посудой, дно которой притягивает магнит. В таком металле — чугуне, стали с магнитными свойствами — вихревые токи и магнитные эффекты рождают много тепла. Алюминиевая, медная, стеклянная и керамическая посуда сама по себе не греется: в алюминии и меди токи текут слишком легко, а стекло и керамика вовсе не проводят ток.
Проверка занимает секунду: поднесите к дну кастрюли обычный магнит с холодильника. Прилип крепко — посуда подойдёт. Не прилип — плита её «не увидит» и, скорее всего, покажет ошибку. Многие производители посуды пишут на дне значок в виде спирали — он означает, что посуда подходит для индукции.
Правда ли индукция экономнее
Здесь стоит быть честными, потому что популярный ответ «да, намного» — не вся правда. Долгое время в американских оценках Министерства энергетики фигурировали цифры: у индукции около 84 % энергии доходит до кастрюли, у обычной электроплиты со спиралью — около 74 %. Но в новых испытаниях по уточнённым методикам того же ведомства индукционные плиты оказались не эффективнее электрических. А в отдельных опытах, когда кастрюля полностью накрывает конфорку, обычная плита даже выигрывала.
Так что главное преимущество индукции — не столько экономия электричества, сколько скорость и управляемость. Нагрев начинается мгновенно и так же мгновенно прекращается, когда вы убавляете мощность. Молоко, которое вот-вот убежит, на индукции перестаёт кипеть почти сразу. На обычной электроплите раскалённая конфорка ещё долго греет.
Почему плита «не видит» маленькую турку
Индукционная конфорка включается, только когда на ней стоит подходящая посуда. Плита проверяет это сама: пустая конфорка или ложка, забытая на стекле, не нагреются. Но у этой осторожности есть обратная сторона. Слишком маленькую посуду — турку, ковшик для соуса — плита может не распознать: у каждой конфорки есть минимальный диаметр дна, он указан в инструкции. Для таких случаев продают переходные диски из магнитной стали: диск греется на конфорке и передаёт тепло любой посуде. Работает это медленнее и уже не так экономно, зато спасает любимую турку.
Почему плита гудит и щёлкает
Иногда индукционная плита тихо гудит или посвистывает, особенно на высокой мощности. Это вибрируют от переменного магнитного поля сама катушка и дно кастрюли. Тонкая посуда или посуда из нескольких слоёв металла гудит сильнее. Щелчки на малой мощности — это плита включает и выключает нагрев короткими порциями, чтобы держать слабый огонь. Всё это нормально и не говорит о поломке.
Чем стоит поинтересоваться
Индукционная плита создаёт рядом с конфоркой магнитное поле. Для большинства людей это не имеет значения. Но производители в инструкциях отдельно обращаются к людям с кардиостимуляторами и другими медицинскими имплантатами: им советуют держаться на расстоянии от включённой конфорки и проконсультироваться со своим врачом. Если в семье есть такой человек — прочитайте этот раздел инструкции до покупки.
Холодный верх, горячий суп
Почти двести лет назад Фарадей мотал катушки на железное кольцо в лаборатории. Сегодня на том же принципе варят кашу. Сам он вряд ли представлял, что его индукция однажды окажется на кухне. Но ему понравился бы главный фокус: кастрюля кипит, а плита под ней холодная.
Это третья часть цикла «Как это устроено: кухня». Предыдущая — «Как холод делают из тепла». В следующей части — посудомоечная машина.