Hejdå, brännare. brizmaker / iStock / Getty Images Plus

För att begränsa klimatförändringarna har många experter efterlyst en massiv övergång från fossila bränslen till el. Målet är att elektrifiera processer som att värma hem och driva bilar, och sedan generera de ökade elbehoven med koldioxidsnåla källor som vind, sol och vattenkraft.

Mer än 30 städer i Kalifornien, inklusive Berkeley och San Francisco, har gått i den här riktningen genom att förbjuda naturgas i de flesta nya byggnader. För närvarande genererar energianvändning i byggnader över 40% av utsläppen av växthusgaser i San Francisco.

Det finns enkla elektriska alternativ för att värma byggnader och varmvatten och torka kläder, men att gå elektriskt kan vara mer kontroversiellt i köket. Traditionella elektriska spisar är notoriskt långsamma att värma upp och svalna. De utgör också säkerhetsproblem eftersom deras värmebatterier kan vara heta i tiotals minuter efter att de stängts av.

Vad är en seriös kock att göra? Ett högteknologiskt alternativ är magnetisk induktion. Denna teknik föreslogs först för över 100 år sedan och demonstrerades vid Chicago World Fair 1933. Idag är magnetiska induktionsugnar och spishällar vanliga i Europa och Asien, men förblir en nischteknik i USA As fler städer och stater går mot elektrifiering, här är en titt på hur magnetisk induktion fungerar och dess fördelar och nackdelar för matlagning.

{vembed Y=glH71fM9Oe4}
Elektrotekniker Bill Kornrumpf beskriver hur matlagning med magnetisk induktion fungerar.

Värme utan eld

jag är en elektrotekniker som specialiserat sig på elektromagnetisk fältforskning. Mycket av mitt arbete fokuserar på medicinska terapiapplikationer - men oavsett om du utsätter mänsklig vävnad eller en kastrull på en spishäll för elektromagnetiska fält är principerna desamma.

För att förstå vad elektromagnetiska fält är är nyckelprincipen att en elektrisk laddning skapar ett fält runt det - i huvudsak en kraft som sträcker sig i alla riktningar. Tänk på statisk elektricitet, vilket är en elektrisk laddning som ofta produceras av friktion. Om du gnuggar en ballong i håret laddar friktionen ballongen med statisk elektrisk laddning. när du lyfter ballongen från huvudet kommer håret att stiga, även om ballongen inte rör vid den. Ballongen drar i håret med en attraktiv elektrisk kraft.

Rörliga elektriska laddningar, som elektricitet som strömmar genom tråd, producerar magnetfält - zoner med magnetisk kraft runt strömens väg. Jorden har ett magnetfält eftersom elektriska strömmar flyter i sin smälta kärna.

Magnetfält kan också producera elektriska fält och det är därför vi använder termen elektromagnetiska fält. Detta koncept upptäcktes på 1830-talet av Engelska forskaren Michael Faraday, som visade att om ett elektriskt ledande material, såsom en tråd, placeras i ett rörligt magnetfält, skapas ett elektriskt fält i ledaren. Vi kallar detta magnetisk induktion. Om ledaren formas till en slinga kommer en elektrisk ström att flyta runt slingan.

Faradays upptäckt låg till grund för utveckling av elmotorer. Hans arbete visade också ett sätt att värma upp material utan att använda en traditionell värmekälla som eld.

Var kommer värmen ifrån?

Alla material har motstånd, vilket innebär att när elektrisk ström strömmar genom dem kommer flödet att vara hindrade åtminstone något. Detta motstånd gör att en del av den elektriska energin går förlorad: Energin förvandlas till värme, och som ett resultat värms ledaren upp. I min biomedicinska forskning undersöker vi att använda radiofrekventa magnetfält för att värma upp vävnader i kroppen till hjälpa vävnaden att läka.

Istället för konventionella brännare kallas kokplattorna på induktionshällarna och består av trådspolar inbäddade i spishällens yta. För maximal effektivitet vill ingenjörer att så mycket som möjligt av den magnetiska fältenergin som produceras av varje häll ska absorberas av kokkärl som sitter på den. Magnetfältet skapar ett elektriskt fält i kokkärlets botten, och på grund av motstånd värms pannan upp, även om hällen inte gör det.

Magnetiska spolar under spishällens keramiska glasyta genererar ett magnetfält som skickar pulser direkt till köksredskapet. Dessa magnetiska pulser är det som värmer kokkärlet. San Jose stad

För bästa prestanda måste magnetiska induktionsugnar och spishällar arbeta med hög magnetfältfrekvens - vanligtvis 24 KHz. De kräver också krukor gjorda av material som magnetfält inte lätt passerar igenom. Metaller med högt järn- eller nickelinnehåll absorberar magnetfält, så de är de mest effektiva alternativen för induktionsmatlagning. Järn absorberar magnetfält lättare än nickel och är mycket billigare, så järnbaserade material används oftast för kokkärl med magnetisk induktion.

Mer lyhörd och säkrare, men dyrare

Eftersom induktionshällar kräver något för att absorbera magnetfält för att producera värme är de i själva verket säkrare än en traditionell elektrisk spis. Att placera handen på hällen värmer inte upp handen i någon märkbar utsträckning. Och eftersom dessa system värmer upp köksredskap utan att värma upp hällen direkt svalnar hällarna snabbt efter att kokkärlet har tagits bort, vilket minskar risken för brännskador.

Kokkärlet i sig tenderar att värmas upp och svalna snabbt, och temperaturkontrollen är mycket exakt - en av de viktigaste egenskaperna som tillagar värde i gasspisar. Ett annat plus är att induktionshällar vanligtvis har släta ytor - ofta glas eller keramik - så att de är lätta att rengöra.

Moderna induktionshällar är lika energieffektiva som traditionella elektriska spisar och ungefär dubbelt så effektiva som gasspisar. Men detta betyder inte nödvändigtvis att de är billigare att använda. I många delar av USA naturgas är mycket billigare än el, ibland med en faktor tre eller fyra. Detta förklarar delvis en bredare acceptans av induktionshällar i Europa, där naturgas fram till nyligen var mycket dyrare än el.

En annan faktor som har påverkat antagandet är att induktionsugnar och spishällar vanligtvis kostar mer än traditionella gas- eller elektriska spisar, men inte väsentligt. Och kockar måste byta ut krukor av aluminium, koppar, icke-magnetiskt rostfritt stål och keramik, varav ingen fungerar effektivt på induktionshällar. En snabb kontroll är att om en magnet sticker fast i botten av en kruka, kommer potten att fungera på en induktionshäll.

Trots dessa faktorer förväntar jag mig att förordningar om minskning av naturgasanvändning kommer att leda till kraftigt utökad användning av magnetiska induktionsugnar och spisar. Dessa åtgärder fokuserar vanligtvis på nybyggda byggnader, så de behöver inte dyra ombyggnader av befintliga bostäder.

Unga singlar och familjer som flyttar in i dessa nya bostäder kanske ännu inte har fått mycket köksredskap och kommer sannolikt att uppskatta säkerheten i samband med magnetisk induktion, särskilt om de har barn. Och tidiga personer som är villiga att betala mer för el från gröna källor, eller för en hybrid- eller elbil, kanske inte är upprörda över att betala några hundra dollar mer för en magnetisk induktionshäll och kokkärl som fungerar med den.

På nationell nivå kan USA anta någon form av koldioxidprissättning inom en snar framtid, vilket skulle öka kostnaden för naturgas. Och det finns också växande oro för luftföroreningar inomhus från gasapparater. Mer än ett sekel efter det att det föreslogs för första gången kan den magnetiska induktionsmatlagningens dag i solen ha kommit.

Om författaren

Kenneth McLeod, professor i systemvetenskap, och chef för laboratoriet för klinisk vetenskap och teknikforskning, Binghamton University, State University of New York

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.