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Wie funktioniert ein Induktionsherd?

Wer in den letzten Jahren einen Herd gekauft hat, stand mit Sicherheit vor der Frage: Welche Art von Herd will ich denn eigentlich? Immer mehr Menschen entscheiden sich beim Kauf für die wohl neuste Variante, einen Induktionsherd. Aber wie funktioniert eigentlich so ein Induktionsherd und was unterscheidet ihn von anderen Herden?

Die Hauptneuerung beim Induktionsherd ist, dass am Herd selber, also auch auf den Herdplatten beim Kochen erst einmal gar nichts heiß wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Herden gibt es nämlich keine Wärmequelle unter den Herdplatten. Im Induktionsherd ist an dieser Stelle nur eine Spule, die zwar von Strom durchflossen wird, aber sich dabei nicht erhitzt. Eine herkömmliche Heizspule hat einen so großen Widerstand, dass sie sich erhitzt, wenn sie von Strom durchflossen wird. Diesen Effekt kennt man unter anderem auch von Glühbirnen mit einem Glühdraht. Die Induktionsspule leitet den Strom allerdings sehr gut. Wird so eine Spule aber mit einem Wechselstrom durchflossen, der mit hoher Frequenz quasi immer seine „Richtung“ wechselt, erzeugt sie im näheren Umfeld ein Magnetfeld. Auch dieses Magnetfeld wechselt dabei ständig seine Ausrichtung. Genau das passiert erst einmal, wenn man den Herd einschaltet. Auf dem leeren Herd wird auch noch nichts heiß. Erst wenn man einen Topf auf die Platte stellt passiert etwas. Genauso, wie der Strom in der Spule ein Magnetfeld hervorruft, kann anders herum ein Magnetfeld in einem metallischen Gegenstand (Topf) einen Strom hervorrufen. Metalle besitzen freie Elektronen, die durch das Magnetfeld in Bewegung gebracht werden. Es fließt quasi ein ständig wechselnder Strom im Topfboden, ein sogenannter induzierter Wirbelstrom. In dem schlecht leitenden Topf mit hohem Widerstand passiert jetzt wieder das, was auch in einer Glühbirne oder einer Heizspule passiert. Der Topf erwärmt sich. Natürlich nicht so stark, dass er zu glühen anfängt, aber doch stark genug, dass man gut darin kochen kann. Da ein Magnetfeld aber nur auf Metalle einen Einfluss hat, wird die Herdplatte selber, welche aus einer Glaskeramik besteht, nicht warm. Wenn man den Topf nach dem Kochen von der Platte nimmt, ist diese aber natürlich auch warm, da ja ein heißer Topf drauf stand.

Häufig wird die Frage gestellt, ob so ein Induktionsherd denn gefährlich sein kann. Tatsächlich gibt es ein paar Regeln, die man beim Kochen am Induktionsherd beachten sollte. Genauso wie der Topf im Magnetfeld heiß wird, kann das nämlich auch mit einem Ring, einer Halskette oder anderen metallischen Gegenständen passieren. Auch elektrische Komponenten, wie Uhren oder auch Herzschrittmacher können durch das Magnetfeld beeinflusst werden. Entsprechende Gegenstände sollten dann beim Kochen eben nicht getragen werden und im Falle eines Herzschrittmachers ist vielleicht doch zu überlegen, ob man sich nicht einen anderen Herd zulegt. Allgemein sind die Auswirkungen von Magnetfeldern, wie die eines Induktionsherdes, auf den menschlichen Körper nicht komplett verstanden und werden dadurch häufig diskutiert. Die WHO (Weltgesundheitsorganisation) hat diese allerdings als möglicherweise Krebs erregend eingestuft. Grundsätzlich macht also ein gewisser Sicherheitsabstand zur Platte und damit dem Magnetfeld Sinn, den man bei einem herkömmlichen Herd aber normalerweise auch einhält.

 

Quellen:

https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/physik-des-induktionsherdes/

https://praxistipps.focus.de/induktionsherd-und-die-gesundheit-so-gefaehrlich-sind-die-kochfelder_59673

Warum brennt eine Magnesiumfackel unter Wasser?

An die Taucher unter euch: Habt ihr schon einmal eine Magnesiumfackel unter Wasser gezündet? Eigentlich denkt man ja, dass Wasser eine Flamme eher löscht. Magnesiumfackeln brennen aber auch unter Wasser. Aber wie geht das?

Magnesium ist ein Metall, das in Pulverform leicht brennt. Wenn Magnesium brennt, wird bei dieser Reaktion sehr viel Energie freigesetzt. Die Folge ist, dass die Verbrennung bei über 2500°C stattfindet. Jetzt muss man mal überlegen, was für eine Verbrennung benötigt wird. Ein brennbares Material (hier Magnesiumpulver), Sauerstoff und eine Zündquelle wie zum Beispiel ein Funke. Normalerweise hat Wasser eine löschende Wirkung, da es einer Flamme den Sauerstoff entzieht und gleichzeitig das brennbare Material unter die Zündtemperatur abkühlt. Andererseits ist die chemische Formel für Wasser H2O. Damit besteht es aus zwei Atomen Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff. Es ist also genügend Sauerstoff im Wasser enthalten. Durch die sehr hohe Verbrennungsenergie, die in einer Magnesiumfackel freigesetzt wird, kann das Wasser teilweise in seine Bestandteile „zerlegt“ werden. Dadurch wird elementarer Sauerstoff frei, der wiederum für die weitere Verbrennung des Magnesiums verwendet werden kann. Dadurch entsteht wieder viel Energie und so weiter. Folglich ist eine Magnesiumfackel in der Lage auch unter Wasser zu brennen und ermöglicht es somit Tauchern gegebenenfalls ein Lichtsignal zu senden um Hilfe zu holen.

Da Wunderkerzen unter anderem auch aus Magnesium bestehen, funktioniert das übrigens mit ihnen ebenfalls. Sie brennen unter Wasser weiter. Allerdings sprühen sie unter Wasser nicht mehr so schön in alle Richtungen.

 

Quellen:

https://www.abendblatt.de/ratgeber/wissen/article107759009/Warum-brennt-Magnesium-auch-unter-Wasser.html

Warm/Kalt – Warum fühlt sich Metall kühler an als Holz?

Man befindet sich in einem Raum, in dem eine Zimmertemperatur von etwa 20°C herrscht. Man könnte also meinen, dass alles in diesem Raum die gleiche Temperatur angenommen hat. Wenn man nun allerdings einen Gegenstand aus Holz anfasst und danach etwas metallenes berührt, kommen einem die beiden Sachen nicht gleich warm vor. Das Metall scheint deutlich kühler zu sein als das Holz. Doch ist das wirklich so?

Tatsächlich sind beide Dinge gleich warm. Wie soll es auch anders sein? Beide Gegenstände liegen in einem Raum bei annähernd konstanter Temperatur. Man kann sich gut vorstellen das mit der Zeit alle Gegenstände die Zimmertemperatur annehmen. Etwas Wärmeres würde sich nach und nach abkühlen und ein kaltes Getränk beispielsweiße würde sich bis auf die Temperatur der Luft erwärmen.

Aber warum kommt uns nun das Metall kühler vor als das Holz?

Die Antwort liegt in der Wärmeleitung. Unsere Haut hat etwa eine Temperatur von 30°C. Wenn wir einen Gegenstand anfassen, der kälter ist als die Haut, kann die Wärme von der Haut auf diesen Gegenstand übergehen. Die unterschiedlichen Wärmeübergangsmechanismen habe ich bereits im Artikel zur „eingefrorenen Windschutzscheibe“ erklärt (https://lustaufwissen.wordpress.com/2015/04/28/die-eingefrorene-windschutzscheibe/ ). Da hier ein direkter Kontakt vorliegt spricht man von Wärmeleitung.

Wärmeleitung kann aber nicht nur zwischen zwei verschiedenen Dingen stattfinden, sondern auch innerhalb eines Gegenstandes (hier Holz bzw. Metall). Diese Wärmeleitung ist aber nicht in jedem Stoff gleich gut. Metalle haben in der Regel eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit. Wärme, die an einer Stelle an das Metall gelangt, kann also sehr schnell durch das ganze Metallstück geleitet werden und verteilt sich darin. Holz besitzt im Gegensatz dazu eine eher schlechte Wärmeleitfähigkeit.

Wenn man nun mit dem warmen Finger ein Stück Metall berührt, geht die Wärme vom Finger in das Metall über. Dort wird die Wärme aber sofort abgeführt und verteilt. Die Berührungsstelle nimmt also nicht die Temperatur des Fingers an sondern bleibt kühl und entzieht dem Finger somit immer mehr Wärme. Das Resultat ist, dass sich das Metall tatsächlich wie 20° anfühlt. Im Vergleich zu den 30° der Haut also kühl. Beim Holz funktioniert das Ableiten der Wärme nicht so gut. Die Berührungsstelle nimmt also die Temperatur des Fingers an und das Holz kommt einem dann wärmer vor als das Metall. Das Ganze passiert natürlich so schnell, dass man beim Holz nicht merkt wie es sich aufwärmt.

Dinge, die uns bei gleicher Temperatur kühler vorkommen sind folglich gar nicht kühler, sie besitzen nur eine bessere Wärmeleitfähigkeit.

Gleiches gilt natürlich auch für Temperaturen oberhalb der Hauttemperatur. Bei heißem Metall kann nach dem Übergang der Wärme an der Berührungsstelle die Wärme aus dem restlichen Teil des Metalls schnell nachfließen und wieder in die Haut übergehen. Bei Holz dauert das länger. Folglich sind Verbrennungen an Metall deutlich gravierender als die, die bei Berührung mit Holz entstehen. Auch wenn Holz und Metall die gleiche Temperatur haben.