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Schematische Darstellung einer Induktionskochstelle. |
Die vom Induktionsherd erzeugten Wirbelströme durchsetzen den Topfboden nicht gleichmäßig, sondern fließen nur in einer dünnen Randschicht. Dies ist eine Folge der Selbstinduktion, die bei allen Wechselströmen in der Mitte des Leiters eine erhöhte Feldverdichtung bewirkt (nur bei Gleichstrom hat ein Leiter an allen Stellen dieselbe Stromdichte). Im Bereich der Netzfrequenz von 50 Hertz ist dieser Verdrängungseffekt allerdings noch so gering, daß er vernachlässigt werden kann. Erst bei Frequenzen von etwa 10 000 Hertz an aufwärts spielt er zunehmend eine Rolle. Es wird dann sogar zur puren Materialvergeudung, einen Leiter massiv auszuführen, da der hochfrequente Wechselstrom nur noch in einer dünnen Randzone fließt und den größten Teil des Leiterquerschnitts gar nicht beansprucht. Aus diesem Grund verwendet man z.B. für Antennenkabel schlauchähnliche Drahtgewebe oder spezielle Hochfrequenz-Litze, die aus vielen einzelnen Drähten besteht.
Diese Eigentümlichkeit hochfrequenter Wechselströme, nur in der "Haut" von Leitern zu fließen, wird mit dem englischen Wort für Haut als "Skin-Effekt" bezeichnet. Der Skin-Effekt spielt auch beim Zusammenwirken des Topfbodens mit der Induktionsschleife unter der Glaskeramikplatte eine große Rolle. Denn da die Wirbelströme nur in einer dünnen Randschicht des Topfbodens fließen, erhöht sich scheinbar dessen elektrischer Widerstand. Würde der Topfboden insgesamt von den Wirbelströmen durchflossen, könnten sie in ihm nicht genügend Wärme erzeugen.
Zumindest jene äußere Schicht des Topfbodens, in welche die Wirbelströme eindringen, muß beim Kochgeschirr für Induktionsherde "ferromagnetisch" sein bzw. aus Eisen oder Stahl bestehen. Aluminium oder Kupfer hätten nämlich einen zu geringen elektrischen Widerstand, um durch die Wirbelströme hinreichend erwärmt zu werden. In der Praxis würden solche Töpfe auf einem Induktionsherd sogar völlig kalt bleiben, weil die automatische Topferkennung sie ignorieren und den Hochfrequenzgenerator unter der Glaskeramik erst gar nicht einschalten würde.
Außerhalb der Eindringtiefe der Wirbelströme kann es dagegen vorteilhaft sein, ein anderes Metall zu verwenden, um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen. Spezielles Kochgeschirr für Induktionsherde ist deshalb nur in den äußeren Schichten des Topfbodens ferromagnetisch, während den Kern eine oder mehrere Schichten aus Aluminium bzw. Aluminium-Legierung bilden.
Ein weiterer Grund, weshalb das Kochgeschirr bis zur Eindringtiefe der Wirbelströme aus Eisen oder Stahl bestehen muß, ist die Ummagnetisierung ("Hysteresis"), die durch das magnetische Wechselfeld bewirkt wird und zusätzlich Wärme erzeugt. Diese Ummagnetisierung tritt nur bei ferromagnetischen Stoffen auf. Die Ummagnetisierungsverluste machen etwa ein Drittel der Wärme im Topfboden.
Das magnetische Wechselfeld von Induktionsherden kann auf kurze Distanz die empfindliche Elektronik anderer Geräte stören. Die Hersteller weisen deshalb vorsorglich darauf hin, daß unter ungünstigen Umständen eine Beeinflussung von Herzschrittmachern möglich ist. Moderne Herzschrittmacher schalten im Falle einer solchen Störbeeinflussung auf einen festfrequenten Modus um, der unabhängig von der körperlichen Belastung einen festen Herzryhtmus vorgibt, so daß weiter keine nachteiligen Folgen entstehen.
Das Magnetfeld von Induktions-Kochzonen kann im Abstand von dreißig Zentimetern eine Flußdichte von maximal etwa 30 Mikrotesla erreichen. Je nach Bauart sind es auch nur wenige Mikrotesla. Einem europäischen Normungsvorschlag entsprechend sollten Herzschrittmacher bis 50 Mikrotesla störfest sein. Etliche elektrische Haushaltsgeräte wie Haarfön, Trockenrasierer, Bohrmaschine, Staubsauger, Dosenöffner oder Mixer erzeugen im gebrauchsüblichen Abstand wesentlich höhere Feldstärken. Das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) empfiehlt Trägern von Herzschrittmachern grundsätzlich die Einhaltung eines Sicherheitsabstands von 30 Zentimetern zu elektrischen Geräten. Bei Induktionskochstellen wird ein Abstand von 50 Zentimetern empfohlen. Der Gebrauch von Bohrmaschinen ist gänzlich untersagt (siehe auch Elektrische und magnetische Felder).