Endlich verstehen Warum wird ein Induktionsherd nicht heiß - sondern erwärmen sich nur die Töpfe?

Man schaltet den Induktionsherd ein, und erstaunlicherweise beginnt das Wasser in einem Kessel darauf bald zu sprudeln, obwohl das Kochfeld selbst kalt bleibt. Die Hitze dringt nicht von außen in den Topf hinein, sondern entsteht direkt in ihm. Wie kann das funktionieren?
Kochtopf

Hinter dem vermeintlichen Rätsel stecken zwei physikalische Prinzipien. Das eine besagt, dass immer, wenn sich elektrisch geladene Teilchen, etwa Elektronen, durch Materie bewegen – also ein elektrischer Strom fließt –, ein Magnetfeld entsteht.

Das zweite lautet: Magnetfelder können immer dann, wenn sie sich verändern, Energie übertragen und beispielsweise in einer Metallplatte elektrischen Strom erzeugen – „induzieren“, wie Physiker sagen. Daher der Name Induktionsherd.

In der Praxis geschieht das so: Unter dem Kochfeld eines solchen Herdes liegen Kup- ferdrahtspulen, eng gewickelte Schlaufen aus Metallkabeln. Durch sie fließt Wechsel- strom – eine Stromform, bei der der Elektronenfluss im Takt permanent hin- und hergeschaltet wird, sodass er abwechselnd in die eine und dann in die andere Richtung strömt.

Wie Wissenschaft uns den Alltag erklärt

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Immer wenn der Strom fließt, baut sich ein Magnetfeld auf. Da der Elektronenfluss aber ständig seine Richtung verändert, wechselt im gleichen Takt auch das Magnetfeld um die Spule herum seine Pole.

Dieses Magnetfeld kann nun manche Materialien – etwa das Ceran-Material des Herdes, die Luft oder sogar den leeren Raum – durchdringen, ohne dass irgendetwas geschieht. Anders ist es, wenn es auf Metall trifft. Denn Metalle besitzen viele Elektronen, die sich frei zwischen den Atomen bewegen können.

Und auf diese Teilchen übt das permanent seine Richtung ändernde Magnetfeld sehr wohl eine Wirkung aus: Es bringt sie in Bewegung und erzeugt sogenannte „Wirbelströme“. Stellt man also einen Topf auf den Herd und damit in das Magnetfeld, fließt in dessen Boden und Wänden ein elektrischer Strom.

Doch wie wird daraus Hitze?

Die Stahl - und Eisentöpfe, die man beim Induktionskochen verwendet, sind – und das ist beabsichtigt – nicht die allerbesten Leiter für Strom. Sie besitzen einen hohen elektrischen „Widerstand“, machen es strömenden Elektronen also schwer, voranzukommen. Man kann sich das – stark vereinfacht – vorstellen wie eine geschäftige Flughafenhalle, in der sich Reisende durch eine dichte Menschenmenge schieben müssen, die sie nicht durchlassen will.

Und es ist genau dieser Effekt, der Induktionskochen ermöglicht. Denn im Topf entfaltet sich durch das Drängeln und Rempeln der winzigen Teilchen Reibungshitze. Noch mehr Reibung entsteht, weil die Elektronen gleichsam Mini-Magnete bilden, die sich nach dem äußeren Magnetfeld ausrichten – das ja fortlaufend seine Richtung wechselt. So müssen sich auch die Mini-Magnete immer wieder mitdrehen. Doch die neue Ausrichtung gelingt nicht allen gleichzeitig, einige „reiben“ gegen ihre langsamer reagierenden Nachbarn.

Ein Teil der so entstehenden Energie wird ebenfalls in Wärme umgewandelt. Die Folge: Das Gefäß wird heiß. Verwendet man dagegen Töpfe aus besser leitfähigem Material – wie reinem Kupfer –, fließt zwar auch darin Strom. Doch da das Metall Elektronen wenig Widerstand bietet, werden diese Töpfe kaum warm. Und ist ein Stoff überhaupt nicht elektrisch leitend, reagiert er gar nicht auf das Magnetfeld.

Daher bleibt das Glaskeramikkochfeld des Induktionsherds kalt. Erst wenn darauf ein heißer Topf über längere Zeit steht, breitet sich die Wärme durch den direkten Kontakt auch in das Kochfeld aus.

Dass Strom und Magnetismus so eng zusammenhängen, nutzt der Mensch nicht nur für das Kochen, sondern auch, um Energie zu erzeugen. So enthalten etwa alle Generatoren – wie Windräder oder Fahrraddynamos – Magnete sowie Drahtspulen. Dreht der Wind den Rotor (oder tritt der Mensch in die Pedale des Rads), werden die Magnete in Rotation versetzt. Deren kreiselnden Kraftfelder erzeugen in den Drahtspulen einen elektrischen Strom.

Auf diese Weise kann der Mensch die gleichen physikalischen Phänomene nutzen, um einerseits Elektrizität zu erzeugen und sie andererseits für seine Zwecke einzusetzen.

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