เตาแม่เหล็กไฟฟ้า

เตาแม่เหล็กไฟฟ้า

หลักการทำงาน

- อาศัยความร้อนจากการเหนี่ยวนำไฟฟ้า ที่ภาชนะที่เหนี่ยวนำไฟฟ้าได้
เช่น เหล็ก หรือเหล็กสเตนเลสบางชนิด อุปกรณ์ที่ไม่เหนี่ยวนำแม่เหล็ก
จะไม่สามารถทำให้เกิดความร้อนได้ เช่น อลูมิเนียม แก้ว เซรามิค หรือ
เหล็กสเตนเลสหลายชนิด
- เตาแม่เหล็ก ไฟฟ้า ให้พลังงานความร้อนได้รวดเร็วกว่าเตาแบบธรรมดา
และสูญเสียพลังงานน้อยกว่า เช่น ไม่มีความร้อนที่แผ่ไปในอากาศ เหมือน
เตาความร้อนทั่วๆไป แต่พลังงานนั้นจะถ่ายทอดไปที่ตัวภาชนะโดยตรง
ที่สำคัญคือความเสี่ยง หรืออันตรายจากการไหม้ ลุกติดไฟ ยังลดลง
เพราะเตาได้ความร้อนจริงๆ จากตัวภาชนะอีกที

พลังงานความร้อนเกิดขึ้น มีต้นกำเนิดจากกระแสไฟฟ้าที่ไปสร้างสนามแม่เหล็ก
ที่เตาแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดกระแสไฟฟ้านี้จึงแปรผันตามความร้อนที่เกิดที่ตัวภาชนะ
ตามหลักการเปลี่ยนรูปของพลังงาน ฉะนั้นการควบคุมความร้อนจึงสามารถทำได้
โดยควบคุมขนาดกระแสไฟฟ้า ที่ผ่านไปที่ขดลวดเหนี่ยวนำไฟฟ้าโดยเพิ่มหรือลด
ความต้านทานในวงจร อีกทั้งตรวจจับขนาดกระแสไฟฟ้า ที่ลดต่ำลงกรณียกภาชนะ
ออก เพื่อปิดเตา โดยอัตโนมัติ

ความประหยัดพลังงาน

แม้ว่า เตาแม่เหล็กไฟฟ้า มีราคาแพงกว่าเตาขดลวดความร้อนไฟฟ้าทั่วๆไป
แต่พลังงานที่ใช้ในการทำความร้อนนั้น ใช้เพียงแค่ครึ่งเดียวโดยเฉพาะ
ประสิทธิภาพในการนำพาความร้อนนั้นมีสูงถึง 84%เทียบประสิทธิภาพเพียง
40-50% ของเตาแก๊สความร้อน และเตาขดลวดความร้อน
เนื่องความร้อนที่เสียไปที่อากาศรอบๆ โดยไม่ได้ใช้งาน

การสร้างความร้อน ความร้อนเกิดขึ้นได้จากสาเหตุ 2 ส่วน คือ

ส่วนแรกจาก magnetic hysteresis

- ความแม่เหล็กที่เปลี่ยนไปมาจากไฟฟ้ากระแสสลับนั้นได้เปลี่ยนเป็น
พลังงานความร้อน ที่ก้นภาชนะหุงต้ม ขนาดของความร้อนแปรผันโดยตรง
กับพี้นที่ของ hysteresis loop พลังงานความร้อนส่วนนี้มีสัดส่วน
ประมาณ 7% หรือน้อยกว่าจากความร้อนที่เกิดทั้งหมด

ส่วนที่สอง หรือส่วนหลักของความร้อน

-เกิดจากกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้น มีชื่อว่า eddy currentที่เกิดที่ก้นภาชนะ
eddy currentg เกิดขึ้นเมื่อมีการเคลื่อนที่ผ่านไปมาระหว่างแผ่นโลหะที่
เหนียวนำแม่เหล็กได้ กับสนามแม่เหล็ก จากกฎมือขวาในทางฟิสิกค์
(แรง, สนามแม่เหล็ก, กระแสไฟฟ้า) ขนาดของ eddy current
เมื่อลดต่ำลงเป็น 37% จากค่าเริ่มต้น ขนาดนี้เราเรียกว่า skin depth
หาก skin depth มีค่าเป็น ¼ ของความหนาของก้นภาชนะ eddy
current นี้จะถูกเปลี่ยนสภาพเป็นความร้อนทั้งหมด (เกือบ 97%)
ที่ฐานก้นภาชนะ ซึ่งความร้อนที่เกิดนี้ จะถูกถ่ายทอดไปยังอาหารเกือบหมด
มีส่วนน้อยมากๆ ที่ถ่ายไปยังเตา สาเหตุหลักๆ ที่ภาชนะอลูมิเนียมไม่สามารถ
ใช้ได้ เพราะ skin depth ของอลูมิเนียมมีค่าสูงประมาณ 12 mm
ซึ่งจะต้องมีภาชนะหนาประมาณ 48 mm เพื่อทำให้เกิดความร้อน

หลักการพื้นฐานเของเตาแม่เหล็กไฟฟ้า

การทำงานของเตาเหนี่ยวใช้การสร้างแหล่งจ่ายไฟความถี่สูง(โดยทั่วไปใช้ความ
ถี่ในช่วง20-50kHz)แล้วป้อนให้ขดลวดเหนี่ยวนำซึ่งติดตั้งอยู่ใกล้กับตำแหน่ง
ที่จะวางภาชนะ(ที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบ, ทดสอบได้โดยนำแม่เหล็กมาดูดดู)
โดยขดลวดเหนี่ยวนำนี้จะทำหน้าที่เป็นเสมือนขดปฐมภูมิของหม้อแปลง
สนามแม่เหล็ก(เส้นแรงแม่เหล็ก)ความถี่สูงนี้จะตัดผ่านหรือพุ่งผ่านภาชนะ
ซึ่งเป็นตัวนำไฟฟ้า(ทำหน้าที่เป็นเสมือนขดทุติยภูมิของหม้อแปลง)ทำให้เกิด
แรงเคลื่อนเหนี่ยวนำและมีกระแสทีเกิดจากการเหนี่ยวนำ eddy current
(กระแสเอ็ดดี้)ขึ้น กระแสนี้จะไหลวนที่ก้นของภาชนะผ่านความต้านทานของเนื้อ
โลหะที่เป็นภาชนะทำ ให้เกิดความร้อนขึ้นตามสมการ I^2 x R สาเหตุที่ต้อง
ใช้ความถี่สูงก็เนื่องจากอัตราการเปลี่ยนแปลงของเส้นแรงหรือ ฟลักซ์แม่เหล็กมี
ค่าสูงกว่าทำให้แรงเคลื่อนเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นที่ภาชนะมีค่าสูงและกระแสเอ็ดดีก็
สามารถไหลได้มากขึ้น และการที่ภาชนะที่ใช้ต้องมีเหล็กเป็นองค์ประกอบก็เนื่อง
จากเหล็กมีค่าความซึมซาบ(Permeability)แม่เหล็กสูง
ความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กที่ผ่านเนื้อเหล็กจึงสูง(โดยที่ไม่ต้องใช้
กระแสเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กสูงมาก) ความหนาแน่นที่สูงนี้ทำให้แรงเคลื่อน
เหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นที่ภาชนะมีค่าสูง ด้วยเช่นกัน
(เป็นไปตามกฎของฟาราเดย์ที่ว่า e=N x d(Flux)/dt.....)

คำเตือน

การเลือกซื้อเตาแม่เหล็กไฟฟ้า หรือมีเซลล์มาเดินขายควรตรวจหรือถามหาว่า
มีมาตรฐาน มอก หรือมาตรฐานของต่างประเทศที่สูงกว่าของไทยด้วย
เพื่อความปลอดภัย