アルミが誘導ストーブで機能しない理由を説明するにはどうすればよいですか？

誘導範囲を使用する料理人はそれらを愛していますが、一部の利用可能な鍋のタイプを嘆く人もいます。悲しいかな、私の説明力は、誘導ストーブがアルミニウムが適切でない理由を説明するのに十分にうまく機能する方法を説明するには十分ではありません。

今は作れると思いますが、簡単には説明できないようです。

誘導ストーブは高周波トランスです。一次巻線はストーブに組み込まれ、二次巻線はその上に置かれた鍋または鍋の底です。

原則として、このような変圧器はすべてのタイプの導体を二次として機能します。問題は、二次側に高い電気抵抗を持たせたいことです。なぜなら、その高い電気抵抗が鍋またはフライパンの底の内部で熱を生成するものだからです。

そして、ここでアルミニウムと銅が脱落します。彼らは良い導体であり、低い電気抵抗を持っています。

反対に、鉄は特別な特徴があるため、電気抵抗が非常に高くなります。それは、強磁性のAC電流がその表面の下の非常に薄い層でしか流れることができないためです。これを表皮効果といいます。繰り返しになりますが、すべての金属はその表皮効果を示していますが、鉄の場合はアルミニウムや銅の80倍です。そして、抵抗と熱生産も同様です。

鍋やフライパンの底に鉄板が必要なのはそのためです。

誘導調理は、結果として生じる電流がエネルギー散逸を引き起こすように、調理容器の金属に電界を誘導することによって機能します。

厚さが約3〜10 mmの金属の場合、十分に低い周波数では、誘導電界が金属全体に発生します。

周波数が高くなると、「スキン効果」と呼ばれるものにより、加熱ゾーンは金属の外部にますます近い領域を占めるようになります。
ここでの良いウィキペディアの議論：「表皮効果」。

ウィキペディアは言う：

• 表皮効果は、電流密度が導体の表面近くで最大になり、導体の深さが深くなるにつれて減少するように、導体内に分布する交流電流（AC）の傾向です。電流は、主に導体の「スキン」で、外面と表皮深さと呼ばれるレベルの間を流れます。表皮効果により、表皮の深さが浅い高周波で導体の有効抵抗が増加し、導体の有効断面積が減少します。表皮効果は、交流から生じる変化する磁場によって引き起こされる反対の渦電流によるものです。銅の60 Hzでは、表皮の深さは約8.5 mmです。高周波では、皮膚の深さがはるかに小さくなります。

そして、決定的に：

• 皮膚の深さは、導体の透磁率の逆平方根としても変化します。鉄の場合、導電率は銅の約1/7です。ただし、強磁性であるため、透磁率は約10,000倍になります。これにより、鉄の表皮の深さが銅の約1 / 38、60 Hzで約220マイクロメートルに減少します。したがって、鉄線はAC電源ラインには使用できません。

銅と比較して鉄の損失が大きくなるこの機能の組み合わせにより、低損失の送電線には役に立たなくなりますが、実際に利用可能な最高の技術を使用する場合、誘導損失と発熱を引き起こすのに優れています。

ただし、材料の損失の要因の1つは、ACフィールドの周波数です。周波数が増加すると、表皮の深さが減少し、それに応じて導電性材料の抵抗が増加し、損失が増加します。周波数に対する銅の表皮の深さは、下の表に示すように異なります。：

銅の皮の深さ

[ウィキペディアの表。]

現在の消費者市場のパワースイッチング半導体は、経済的な理由により、最大スイッチング周波数が約100 kHzに制限されています。この範囲の周波数は、鉄製調理器具の加熱に完全に適しています。使用される一般的な周波数は、実際には20〜100 kHzの範囲であり、約25 kHzが一般的です。

半導体スイッチの開発により、1〜10 MHzの範囲の周波数で経済的な電力スイッチングが可能になる場合、銅の表皮深さは、20 kHzの場合に比べて約10〜30倍減少します。これにより、銅の表皮の深さが20 kHzで約鉄の深さに減少します。鉄の抵抗率が高いため、銅の損失、ひいては銅の加熱は低くなりますが、おそらく銅ベースの革新的な加熱ソリューションを開発できるほど十分に高くなります。

アルミニウム/アルミニウム/アルミニウムと比較した銅 *

アルミニウムの表皮の深さは、銅の深さの約1.25倍です。
アルミニウムの抵抗率は銅の約1.6倍です。
したがって、同じ周波数でのアルミニウムの加熱は、銅よりも約25％高くなる傾向があります。2番目のすべての順序が遭遇する可能性に影響を与えることを考えると、どれが同一に十分近いかです。

• Re Alumium / Aluminium / Aluminium - Sir Humphry Davyを非難する :-)