Fyzika v kuchyni - jak funguje indukční varná deska?

Moderní indukční varné desky mají původ v 19. století - přišly na svět vlastně díky práci fyzika Michaela Faradaye.   

Objevitel magnetické indukce se narodil do rodiny chudého kováře. Mládí prožil v bídě, měl ale štěstí, když si jeho talentu všiml známý chemik Humphry Davy. Udělal z něj svého asistenta a nechal ho vymýšlet zábavné chemické pokusy. Z Faradaye se postupem času stal velmi nadaný experimentátor, který se neomezil jen na chemii, ale zabýval se také různými fyzikálními jevy.

Během svých pokusů v roce 1821 zjistil, že elektrický proud procházející vodičem vyvolá magnetické pole. Následujících deset let strávil snahou dokázat, že existuje i opačná možnost – když působení magnetu vytvoří elektrický proud. Povedlo se to v roce 1831. Jeho objev umožnil o mnoho let později vývoj elektromotorů, generátorů - a také například indukčních varných desek.

Magnetická indukce

V uzavřeném elektrickém okruhu v magnetickém poli neprochází žádný elektrický proud, je-li magnetické pole stacionární, tzn. nemění se s časem, a pokud se elektrický obvod nepohybuje. Elektrický proud vzniká, když dojde ke změně magnetického pole, k čemuž může dojít když se magnetické. pole pohybuje, tedy pokud nastane jedna či více z následujících situací: smyčka se začne pohybovat, zdroje magnetického pole se začnou pohybovat, magnetické pole se začne měnit, např. v důsledku změny elektrických proudů, které jsou zdrojem magnetického pole. Změnou magnetického pole v okolí cívky se v cívce indukuje el. napětí a v uzavřeném obvodu prochází indukovaný proud. Směr proudu je závislý na směru změny magnetického pole a na orientaci pólů magnetu vůči cívce.

Jak funguje indukční vařič?

Na rozdíl od svých předchůdců, pracujících s rozžhavenou spirálou nebo hořícím plynem, se teplo, kterým se ohřívá pokrm na indukční varné desce, negeneruje pod nádobou s jídlem - ale přímo ve dně nebo stěně hrnce.

První patenty na indukční vařiče se začaly objevovat už na počátku 20. století. Zpočátku se ale nedočkaly žádného praktického využití. To se stalo až asi o 50 let později, v roce 1956. Tehdy předvedla první reálné přístroje firma General Motors. V sedmdesátých letech pak  vyráběla první sériové vařiče firma Westinghouse. Tyto první skutečně masové vařiče ovšem byly ještě hodně drahé, nebyl o ně tedy moc velký zájem. Dnes je situace jiná. Ve Francii prý indukční varné desky tvoří až polovinu prodávaných vařičů.

Jak vypadá indukční varná deska?

Pod samotnou skleněnou povrchovou deskou je umístěna těsně vinutá měděná cívka, kterou prochází střídavý proud s frekvencí 20 000 až 100 000 hertzů. Ten pak vytváří magnetické pole kolem cívky. Pole se mění ve stejném cyklu jako znaménko proudu, u indukční plotýnky je to tedy zhruba 20 000 až 100 000 krát za sekundu.

Střídavé magnetické pole indukuje sekundární elektrické proudy - jak v samotné cívce, ale také ve svém okolí. Pokud je na varnou desku umístěn hrnec nebo pánev, pak jejím dnem proniká magnetické pole, které působí na záporně nabité částice (elektrony) a tím vytváří v materiálu sekundární elektrický proud. V materiálu hrnce pak (stejně jako v každém běžném materiálu) dochází díky odporu materiálu ke ztrátám, kdy se část elektrické energie přemění na tepelnou energii a spodní část hrnce se zahřeje.

Elektrický odpor se liší od materiálu k materiálu.

Za přeměnu na teplo jsou v materiálu hrnců zodpovědné ještě další efekty - například mikroskopicky malé oblasti, ve kterých jsou magnetické momenty sousedních molekul uspořádány navzájem paralelně. U všech molekuly pak ukazují “stejným směrem”. Tyto oblasti jsou v materiálu magneticky neuspořádané. Předmět, který je z tohoto materiálu zhotoven, není sám magnetem. Pokud je ale přiloženo vnější magnetické pole, přizpůsobí se všechny mikrooblasti, pootočí se a směřují stejným směrem. V případě, že se jedná o rychle kmitající pole (tak jako u indukčního vařiče), mění směr se stejnou frekvencí jako přiložené pole. Tyto rychlé změny jsou původem dalších ztrát. Podle druhu materiálu hrnců mohou činit až 30 %.

Úspornost indukční varné desky

Proč jsou vlastně indukční varné desky populární? Vysvětlení je jednoduché - jsou úspornější než ostatní druhy vařičů. Litr vody s pomocí indukční desky přivedeme k varu zhruba dvakrát rychleji než na obyčejném elektrickém vařiči. Výhoda se projevuje hlavně při počátečním ohřevu. Kromě toho, že je přenos tepla účinnější, je ohřev pokrmů také rovnoměrnější.  

Výkonnost indukčního vařiče je asi nejpůsobivější při smažení na tenké pánvi. Na té se totiž několik lžiček oleje ohřeje na smažící teplotu za pouhých deset sekund.

Indukční vařič má také jinou (ovšem nezanedbatelnou) výhodu. Daleko snadněji se čistí. Jeho povrch je plochý a hladký nezávisle na tom, kolik indukčních zón je do něj vestavěno. To sice splňuje i běžná keramická varná deska, na rozdíl od indukční desky je ale její povrch horký, takže se na ní mohou připalovat zbytky pokrmů. Povrch indukční desky zůstává ve srovnání s ostatními typy plotýnek relativně studený, teplo se generuje jen v samotném materiálu hrnce, není tedy důvod, aby se na povrchu desky cokoliv připálilo.

Nevýhody indukčních vařičů

Indukční vařiče nemají samozřejmě jen samé výhody. Hlavní nevýhodou je nutnost použití speciálního nádobí. Nejde přitom jen o to, aby byly použity hrnce z magnetického materiálu. Kvůli komplikovaným jevům, které doprovázejí indukci sekundárního elektrického proudu a tím i tepla - mívá speciální nádobí pro indukční varné desky komplikovanou vnitřní stavbu. Jedná se většinou o více vrstevné materiály, které mají díky použití různých kovů vlastnosti optimalizované přímo na použití na tomto druhu vařiče.

Jistě velice nepříjemnou komplikací je samotný indukovaný elektrický proud. Indukční varná deska může za určitých podmínek ohrozit ostatní spotřební elektroniku, která se nachází v její blízkosti. Zatímco mobil můžete nahradit, poškozený kardiostimulátor je daleko větším problémem.

Nepříjemné je, že podobně, jako indukční deska ohřívá hrnce, je schopna ohřát také kovové prsteny, náramky a řetízky, které má kuchařka na těle.

K nedostatkům se dá počítat také poměrná hlučnost vařiče. Zatímco běžné elektrické vařiče jen slabě vrní (pokud vůbec), je indukční varná deska hlasitější. Způsobuje to nutnost chlazení jeho elektroniky pomocí ventilátorů a také samotné “brnění” indukční cívky.