Miks alumiiniumist ja selle sulamitest potid ei toimi induktsioonpliidil?

Alumiinium ja sulamid ei tööta induktsioonpliidil, sest need pole magnetilised. Induktsioonpliidi pinna all on mähis, mis tekitab magnetvälja. Kui magnetiline materjal (raud ja mõned roostevaba terase sordid) asetada pliidile, siis indutseerib magnetväli potis elektrivoolu (pöörisvoolu). See vool tekitab potipõhja metallis soojust, millega keedab toitu. Alumiinium aga pole ferromagnetiline, mis tähendab, et magnetväli ei mõju talle samamoodi. Tulemuseks on, et pöörisvoolu ei teki ja soojust ei eraldu.

See ongi lihtne, kergesti mõistetav ja vale vastus, mille võib paari sekundiga kokku kirjutada iga juturobot. Mis toimub?

1) Tõepoolest, alumiinium ei ole ferromagnetiline. On päris hästi teada, et magnet jääb kinni terasplekist külmkapi külge. Tegelikult jääb ta kinni ka pliidi ja pesumasina külge, aga puust ukse või kipsplaadist seina külge mitte. Kui tead, kus kipsikruvid end pahtli ja värvikihi all peidavad, saab mõnikord magneti seina külgegi panna. Kui väike laps saab kätte magneti ja on sellest east juba väljas, et ta kõik asjad lihtsalt suhu paneb, võiks kujuneda päris huvitav avastusretk – kuhu magnet pidama jääb? Ukselinkide külge võib magnet jääda, aga mitte iga lingi külge. Edasi lukud ja võtmed. Köögilaua sahtlis on tavaliselt igasuguseid metallist, puust ja plastist riistu... Aga olge siiski ettevaatlikud televiisori ja telefoniga. Alumiinium, vask ja paljud teised metallid või sulamid reageerivad tõesti magnetväljale teistmoodi kui raud. Ferromagnetilised materjalid muutvad välise magnetvälja toimel ise magnetiks, mõnel juhul isegi jäävad püsimagnetiks. Kui pannil ei ole erilist induktsioonpliidi nõude märgistust, siis soovitatakse proovida, kas magnet jääb kinni. Kui jääb kinni, siis läheb ka induktsiooniga kuumaks. Näiteks vanavanaema malmpann, millel ei ole mingeid märke ega juhendeid, toimib päris hästi. Alumiiniumiga seda ei juhtu. Vaata, otsi või küsi täpsemalt teemasid: magnetväli aines, magnetiline läbitavus, ferro- para- ja diamagneetikud, ferrimagnetism.

2) Magnetväli on küll oluline, aga ei tekita voolu, sh ka pöörisvoolu mitte. Elektromotoorjõu (sellega ka voolu) tekitab muutuv magnetväli, täpsemalt magnetvoo muutus (Michael Faraday 1831). On üsna ilmne, et pöörisvool tekib muutuva magnetvälja toimel ka alumiiniumis ja vases. Seda näitavad mitmed õpikukatsed, teadusteatrid ja youtube’i nn teadusvideod. Näiteks magneti kukkumine alumiiniumtorus või libistamine mööda vaskplekki. Vähe sellest, väga suur osa meie igapäevasest elektrivoolust pärineb generaatoritest, kus muutv magnetväli tekitab voolu vases. Tõsi, see ei ole pöörisvool ühes vasetükis vaid lihtsalt vool mähisejuhtmes, aga üldiselt siiski sama põhimõte. Samuti võib leida näiteid, õpetusi, reklaame kuidas induktsioonkuumutusega vaske joota ja alumiiniumi sulatada. Ühesõnaga, see on vale, et pöörisvoolu ei teki. Alumiiniumpott induktsioonpliidil siiski kuumaks ei lähe, st siin peab olema mingi teine seletus.

3) Alumiiniumi ja vase eritakistus on väike. Kõlab hästi, sest väike takistus tähendab Ohmi seaduse järgi tugevat voolu, aga nii lihtne see siiski ei ole. Induktsioonpliidi mähises on vahelduvool sagedusega 25 kHz. Erinevate tootjate mitmetel aegadel valmistatud pliitidel võib sagedus olla 20 kuni 50 kHz ja isegi rohkem. Kui keegi reklaamib induktsioonpliiti näidates näpuga poti põhjal, kuidas pöörisvool seal ringiratast voolab, siis see on vale. Tegu on siiski laengukandjate võnkumisega ja seda tuleks näidata edasi-tagasi liigutusega, muutes suunda kümneid tuhandeid kordi sekundis.

Kõrgemal sagedusel ilmutab end pinnaefekt, st kogu „voolamine“ kipub koonduma pinnakihti. Alumiiniumi ja vase hea elektrijuhtivuse ja väikese magnetiline läbitavuse tõttu on ekvivalentne väliskihi paksus (vt täpsemat pinnaefekt või skin effect) suurem kui raual. Voolutihedus on seega väiksem ja ühe metalli ruumalaühiku kohta muutub vähem energiat soojuseks.

Pinnakihi pakus sõltub ka sagedusest, seepärast on toodetud kõrgema sagedusega pliite. Panasonicu uutel pliitidel on sagedus näiteks 120 kHz. Need peaksid paremini toimima erinevatest metallidest nõudega, sh ka alumiiniumi ja vasega.

Kindlasti on paljud induktsioonpliitide kasutajad märganud, et õhukesed terasnõud (näiteks vanad emailitud terasest kastrulid ja kannud) toimivad väga hästi. Paks potipõhi jagab soojust ja vähendab toidu põhjakõrbemist tavalisel keeduplaadil või pliidiraual, rääkimata gaasileegist. Induktsioonil on nii ehk naa vool potipõhja pinnakihis ja põhja paksus pole nii tähtis. Kerkib ka küsimus, kas väga õhuke alumiinium (näiteks foolium) petab pliidi automaatka ära ja läheb kuumaks? Tasub proovida.

4) Hüsterees. Veidi lihtsustatult tähendab magnetiline hüsterees, et materjalid mäletavad magnetvälja. Kui panna rauast eseme külge püsimagnet, siis raud magneetub, st muutub ise magnetiks. Kui võtta magnet ära, siis kaob ka rauas tekkinud ajutine magnet. Demagneetumine ei ole täielik, materjalis ilmneb teatav jääkmagneetumus. Induktsioonpliidil magneetub mähise (elektromagneti) toimel potipõhi. Vahelduvoolu magnetväli vahetab iga perioodi jooksul kaks korda suunda ja jääkmagneetumus ilmutab end iga kord kui magnetväli kaob, et kohe jälle tekkida teistpidi. Graafiliselt kujutab magneetimist ja ümbermagneetimist hüstereesisilmuseks nimetatav kõver (hysteresis loop). Magneetimise ja demagneetimise protsessis muutub osa magnetvälja energiast soojuseks. Mida suurem on hüstereesisilmuse pindala, seda suurem on eralduv soojushulk. Kõvadeks magnetmaterjalideks nimtetekse neid, millel on lai hüstereesisilmus ja pehmeteks neid millel see on kitsas. Kas induktsioonpliidi nõud on pehmest või kõvast materjalist? Magnetilises mõttes muidugi.

Kõike kokku võttes võib öelda, et alumiiniumis tekib küll muutva magnetvälja toimel pöörisvool, aga see ei ole piisav ega sobiv toiduvalmistamiseks. Induktsioonpliidid on konstrueeritud ja häälestatud suure magnetilise läbitavuse ja mitte väga väikese eritakistusega kõvadele (suure hüstereesikaoga) magnetmaterjalidele.

Ohutuse pärast ja pliidi pikaajalise töökindluse tagamiseks ei lülitu mähis enne sissegi, kui sobiv nõu on pliidile pandud. Nõu puudumisest või selle sobimatusest antakse tavaliselt märku tulede vilgutamise ja kurja piiksumisega.