Bagaimana cara menjelaskan mengapa aluminium tidak bekerja pada kompor induksi?

Para juru masak yang menggunakan rentang induksi menyukainya, tetapi beberapa orang mengeluhkan jenis panci yang tersedia terbatas . Sayangnya kekuatan penjelasan saya tidak cukup baik untuk menjelaskan bagaimana kompor induksi bekerja dengan cukup baik untuk menjelaskan mengapa aluminium tidak cocok.

Sekarang saya pikir saya bisa membangun satu, tetapi ternyata saya tidak bisa menjelaskannya dengan sederhana.

Kompor induksi adalah transformator frekuensi tinggi. Gulungan primer dibangun ke dalam kompor, gulungan sekunder adalah bagian bawah panci atau wajan yang diletakkan di atasnya.

Pada prinsipnya, transformator seperti itu bekerja dengan semua jenis konduktor sebagai yang sekunder. Masalahnya, Anda ingin memiliki hambatan listrik yang tinggi di sekunder. Karena hambatan listrik yang tinggi inilah yang menghasilkan panas di bagian dalam panci atau wajan.

Dan di sinilah aluminium dan tembaga putus. Mereka adalah konduktor yang baik dan memiliki hambatan listrik yang rendah.

Besi sebaliknya memiliki hambatan listrik yang sangat tinggi karena satu fitur khusus: karena arus AC feromagnetiknya hanya dapat mengalir dalam lapisan yang sangat tipis di bawah permukaannya. Ini disebut efek kulit . Sekali lagi, setiap logam menunjukkan efek kulit , tetapi untuk besi 80 kali lebih tinggi daripada aluminium dan tembaga. Begitu juga resistensi dan produksi panas.

Itu sebabnya Anda membutuhkan lembaran besi di bagian bawah panci atau wajan Anda.

Memasak induksi bekerja dengan menginduksi suatu bidang dalam logam dari wadah pemasakan sehingga arus yang dihasilkan menyebabkan disipasi energi.

Untuk logam dalam urutan katakanlah 3 sampai 10 mm tebal, pada frekuensi yang cukup rendah bidang yang diinduksi terjadi di seluruh logam.

Karena frekuensi meningkat, zona pemanasan menempati area yang semakin dekat bagian luar logam karena apa yang dikenal sebagai efek kulit.
Diskusi Wikipedia yang bagus di sini: " efek kulit ".

Wikipedia mengatakan:

• Efek kulit adalah kecenderungan arus listrik bolak-balik (AC) untuk didistribusikan dalam konduktor sedemikian rupa sehingga kerapatan arus terbesar di dekat permukaan konduktor, dan berkurang dengan kedalaman yang lebih besar dalam konduktor. Arus listrik mengalir terutama di "kulit" konduktor, antara permukaan luar dan tingkat yang disebut kedalaman kulit. Efek kulit menyebabkan resistensi efektif konduktor meningkat pada frekuensi yang lebih tinggi di mana kedalaman kulit lebih kecil, sehingga mengurangi penampang efektif konduktor. Efek kulit disebabkan oleh arus eddy berlawanan yang disebabkan oleh medan magnet yang berubah akibat arus bolak-balik. Pada 60 Hz dalam tembaga, kedalaman kulit sekitar 8,5 mm. Pada frekuensi tinggi, kedalaman kulit menjadi jauh lebih kecil.

dan, yang terpenting:

• Kedalaman kulit juga bervariasi sebagai akar kuadrat kebalikan dari permeabilitas konduktor. Dalam kasus besi, konduktivitasnya sekitar 1/7 dari tembaga. Namun karena bersifat feromagnetik, permeabilitasnya sekitar 10.000 kali lebih besar. Ini mengurangi kedalaman kulit untuk besi menjadi sekitar 1/38 dari tembaga, sekitar 220 mikrometer pada 60 Hz. Dengan demikian, kawat besi tidak berguna untuk saluran listrik AC.

Kombinasi fitur-fitur ini, yang mengarah pada kehilangan besi yang tinggi dibandingkan dengan tembaga, membuatnya tidak berguna untuk saluran transmisi daya rugi rendah TETAPI unggul untuk menyebabkan kerugian induktif dan pemanasan saat menggunakan teknologi terbaik yang tersedia secara praktis.

Namun, salah satu faktor dalam kerugian material adalah frekuensi medan AC. Karena frekuensi meningkatkan kedalaman kulit berkurang, resistensi bahan konduksi meningkat sesuai dan kerugian meningkat. Untuk kedalaman kulit tembaga dengan frekuensi bervariasi seperti yang ditunjukkan pada tabel di bawah ini. :

Kedalaman kulit dalam tembaga

[Tabel dari Wikipedia. ]

Saat ini pasar konsumen semikonduktor switching daya terbatas pada frekuensi switching maksimum sekitar 100 kHz dengan pertimbangan ekonomi. Frekuensi dalam kisaran ini sepenuhnya memadai untuk peralatan memasak besi pemanas. Frekuensi umum yang digunakan sebenarnya dalam kisaran 20-100 kHz dengan sekitar 25 kHz menjadi umum.

Ketika (atau jika) perkembangan sakelar semikonduktor memungkinkan peralihan daya ekonomi pada frekuensi dalam kisaran 1 hingga 10 MHz, kedalaman kulit tembaga akan berkurang, dibandingkan pada 20 kHz dengan faktor sekitar 10 hingga 30 kali. Ini akan mengurangi kedalaman kulit Tembaga hingga kira-kira dari Besi pada 20 kHz. Karena resistivitas yang lebih tinggi dari besi kerugian dan dengan demikian pemanasan dalam Tembaga masih akan lebih rendah tetapi mungkin cukup tinggi untuk memungkinkan solusi pemanasan berbasis Tembaga yang inovatif untuk dikembangkan.

Tembaga dibandingkan dengan Alumium / Aluminium / Aluminium *

Kedalaman kulit aluminium sekitar 1,25 x dari Tembaga.
Resistivitas aluminium adalah sekitar 1,6 x dari Tembaga.
Jadi pemanasan Alumium pada frekuensi yang sama cenderung sekitar 25% lebih tinggi dari pada Tembaga. Yang cukup dekat dengan identik mengingat semua urutan kedua memengaruhi yang harus dihadapi.

• Re Alumium / Aluminium / Aluminium - salahkan Sir Humphry Davy :-)