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高校物理で理解できるIHクッキングヒーターの仕組み


今日は、最近家庭にも普及している

「IHクッキングヒーター」の仕組みを高校物理の観点で説明します。

・火がないのにどうして加熱できるの???

・使える鍋と使えない鍋ってあるの??

仕組みがわかればこんな疑問がすぐに解決します!!!

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I H = Induction Heating

日本語にすると『誘導加熱』

電磁誘導という物理現象を使って加熱をする仕組みです。

では電磁誘導(高校物理:電磁気範囲)から確認していこう

1.電磁誘導とは・・・

中学生の理科でもやるんだけど、

コイルの中に磁石を出し入れすると、電流が流れる現象です。

磁石のN極からは磁場が出ています。


これをコイルの中へ出し入れすると、コイルを通過する磁場が変化します。

詳しくいうと電磁誘導とは・・・・

コイルの中の磁束(磁場)が変化すると電流が流れる現象です。


2 . 渦(うず)電流とは・・・?

うず電流とは先ほどのコイルを金属に変えた場合の電磁誘導だと思ってください。

このうず電流が、IHで実際に発生しています。

下の図では磁石を金属板に向けて動かすと金属板を貫く磁束が増えて、

電流が流れます。(+α:流れる向きは磁束の増加を妨げる方向です:レンツの法則)


つまり、貫く磁束を金属板に常に変化させれば・・・・・

電流が流れ続けることになります!

3 .コイルと交流電源

さて、うず電流でほぼ仕組みは理解できたのですが、

問題は・・・・どうやって「磁束を変化させるか?」

コイルと普段みんなが使っている家庭用電源を利用して

実現させましょう!

以下のようなコイルに電流を流すと、下のように磁場Hが発生します。

そして、家庭用の電源に繋ぐと『交流』が流れます。

交流とは電流の向きが周期的に変化する電流のことです。


これらを組み合わせると、

①周期的に電流の向きが変化する

②コイル中の磁場の向きが変化させる

ことが可能になるんです!!

4 . IHの仕組み


それらをうまく利用して作ったのがIHクッキングヒーター

コイルが埋め込まれていて、1秒間に何千回も電流の向きを変化させるような仕組みになっています。それによって電磁誘導が生じる→鍋の中でうず電流が生じる

金属には抵抗があるので、その抵抗に電流が流れることによって発熱します!

(ジュール熱)

つまり・・・・・・

鍋自体が発熱するので大変効率がいい加熱の仕方なんです。

そして何より、電磁誘導が起こらないと加熱されないわけなので、

手で触っても熱くありません。(調理直後とかは鍋の余熱で熱いのでお気をつけて!)

そう考えるとIHでは土鍋は金属でないので使えません。

金属であっても、銅やアルミなどは磁力線を通しにくい(透磁率が低い)ので

うず電流が発生しにくい。そのため鉄とか特殊な合金がIHに向いています。

#物化

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