Wenn man einen Stromfluss haben will, braucht man elektrische Felder. Und hier kommen die Maxwellschen Gleichungen ins Spiel. Denn die beschreiben eine Beobachtung die man gemacht hat. Magnetfelder können etwas merkwürdige elektrische Felder erzeugen. Normalerweise kennt man elektrische Felder ja nur als das Feld zwischen Positiv und Negativ aufgeladenen Körpern. Wenn man dort einen negativ geladenen Körper hinein bringt, bewegt er sich sofort auf die positiv geladene Seite zu. Die Feldlinien gehen immer von einem Punkt zu einem anderen.
Wenn ein magnetisches Feld stärker oder schwächer wird, dann entsteht ein ganz anderes elektrisches Feld. Es ist Kreisförmig. Wenn man einen geladenen Körper dort hinein bringt, fängt er an sich im Kreis zu bewegen. Mit positiver Ladung in die eine Richung, mit negativer Ladung in die andere Richtung. (Wenn das Feld stärker wird geht es jeweils in die eine Richtung, wenn das Feld schwächer wird, geht es anders herum.) Es gibt also keinen Pluspol und keinen Minuspol. Es gibt nur eine Kraft und die wirkt im Kreis. Um so schneller das Magnetfeld stärker oder schwächer wird, um so stärker ist das entstehende elektrische Feld und um so stärker kann der Stromfluss sein, der dadurch verursacht wird.
Diesen Effekt macht man sich beim Induktionsherd und zu nutze. Man erzeugt mit Wechselstrom ein Magnetfeld, das einige tausend Mal pro Sekunde in die eine Richtung aufgebaut wird, dann schwächer wird und in die andere Richtung wieder aufgebaut wird.
Auf diese Weise kann man jedem Material das Strom leiten kann, Strom fließen lassen. Aber warum funktionieren dann Aluminium und Kupfertöpfe nicht? Nun, wieviel Strom fließt hängt von der Stärke des Elektrischen Feldes ab. Wie stark das elektrische Feld ist, hängt davon ab, wie stark sich das magnetische Feld ändert. Wieviel sich das magnetische Feld ändern kann, hängt davon ab, wie stark das magnetische Feld überhaupt wird. Und da liegt der Knackpunkt.
Jeder einfache Elektromagnet hat aus gutem Grund einen Eisenkern. Die Atome in dem Eisenkern haben ein magnetisches Moment, sie wirken wie kleine Dauermagnete. Wenn das Eisen nicht magnetisch ist, dann liegt es daran, dass die vielen Dauermagnete wild durcheinander sind und in unterschiedliche Richtungen zeigen. Kommen aber von außen ein halbwegs starkes Magnetfeld, dann richten sie sich alle diese kleinen Magnete danach aus und verstärken das Magnetfeld zusätzlich. Mit den stärkeren Magnetfeldern kann man dann auch viel besser Ströme in dem Topf fließen lassen, oder “induzieren”. Das klappt aber nur, wenn man genug Eisen im Topf hat.
Und dann gibt es noch die Probleme im Detail. Der Strom, der durch die Spule fließt, wird durch Leistungstransistoren gesteuert. Die dürfen nicht überhitzen und die Steuerelektronik sollte auch nicht überlastet werden. Außerdem wäre es ganz Praktisch, wenn wirklich nur Töpfe geheizt werden, und kein zufällig da liegender Löffel. Schon deswegen, weil die Elektronik überlastet wird, wenn nichts zum heizen da ist. Denn die kreisförmig fließenden Ströme im Topf erzeugen ihrerseits natürlich auch ein Magnetfeld, das dann auf die Spule im Herd zurück wirkt und die Ströme abschwächt, die dort fließen.
Dazu wird ständig das Verhalten der Spule beim Heizen überprüft. Man regt mit einem kurzen Impuls das Magnetfeld an und beobachtet, wie stark es zusammen mit der Spule nachschwingt. Wenn es nicht gedämpft wird und zu lang nachschwingt, dann wird der Heizvorgang notfalls abgebrochen. Wer sich dafür interessiert, findet im Internet alles, bis hin zur Softwareimplementierung der Mikrocontroller.
Dazu kommen noch diverse Temperatursensoren, die auch in die Steuerung integriert werden können. Je nach dem wieviel Aufwand man betreiben will, kann das beliebig komplex werden. Einen sehr einfachen Fall für die Steuerung einer Induktionsheizplatte beschreibt man hier in einigem Detail. Zumindest klärt ein Einblick in die Gestaltung der Software so manches merkwürdige Verhalten von Induktionskochplatten im Alltag.
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