Tại sao bếp từ chỉ nhận nồi inox có từ tính, không nhận nồi nhôm và nồi đồng?

Giải thích một thắc mắc mà rất nhiều người quan tâm, đó là tại sao bếp từ chỉ nhận những chiếc nồi inox có từ tính, còn nồi bằng nhôm hoặc đồng lại không làm nóng được trên bếp từ.

Bên cạnh đó, mình cũng chia sẻ thêm về cách sử dụng nồi từ sao cho bền hơn. Đầu tiên, chúng ta cần hiểu nguyên lý hoạt động của bếp từ, cơ chế sinh nhiệt ra sao. Khi hiểu được nguyên lý của bếp từ, chúng ta sẽ biết vì sao nhôm, đồng lại không nhận nhiệt tốt và không tạo ra lượng nhiệt đủ lớn.

Nguyên lý tạo nhiệt của bếp từ bằng dòng Foucault

Bếp từ hoạt động dựa trên nguyên lý dòng điện cảm ứng Foucault. Đây là dòng điện xoáy được tạo ra khi một vật dẫn đặt trong từ trường biến thiên. Dòng điện Foucault sinh ra nhiệt, chính lượng nhiệt đó làm nóng đáy nồi khi đặt trên mặt bếp.

Để dễ hình dung hơn, chúng ta có thể liên tưởng đến nguyên lý của máy biến áp. Khi cuộn sơ cấp truyền năng lượng sang cuộn thứ cấp, phần lõi sắt bên trong có thể phát sinh dòng Foucault, tạo nhiệt và gây tổn hao điện năng. Vì vậy, lõi biến áp thường dùng nhiều lá tôn silic ghép lại với nhau, giữa các lớp có lớp sơn cách điện để giảm dòng Foucault không mong muốn.

Trước đây, khi học Vật lý phổ thông, dòng Foucault thường được nhắc đến với ứng dụng trong công tơ điện. Dòng điện này làm quay bộ phận mâm nhôm bên trong công tơ để đo lượng điện tiêu thụ. Tuy nhiên, với bếp từ, nhà sản xuất lại tận dụng ưu điểm tạo nhiệt của dòng Foucault để làm nóng nồi.

Cấu tạo mâm từ và lý do dùng dây đồng nhỏ

Một vấn đề nhiều người thắc mắc là tại sao mâm từ không dùng dây đồng tiết diện lớn để quấn mà lại dùng rất nhiều sợi dây đồng nhỏ xếp sát nhau thành cuộn dây.

Nguyên nhân nằm ở đặc tính truyền điện của dây dẫn khi làm việc với tần số cao. Dòng điện có xu hướng chạy chủ yếu trên bề mặt của dây dẫn, vì vậy nhiều sợi dây nhỏ sẽ tạo ra nhiều bề mặt dẫn điện hơn so với một sợi dây lớn.

Các sợi dây đồng nhỏ còn được cách điện riêng biệt với nhau, nhờ đó giảm ảnh hưởng của dòng điện xoáy sinh ra bên trong dây. Khi bếp từ làm việc ở tần số cao, nếu dùng dây đồng lớn, dòng Foucault bên trong dây có thể tạo nhiệt nhiều hơn, làm nóng cuộn dây và gây tổn hao.

Vì vậy, cuộn dây trong mâm từ thường được tạo bởi nhiều sợi dây nhỏ xếp sát nhau. Cách bố trí đó giúp truyền điện tốt hơn và giảm lượng nhiệt phát sinh trên chính cuộn dây.

Cách bếp từ truyền từ trường xuống đáy nồi

Bếp từ có mâm từ gồm các cuộn dây đồng đặt bên dưới mặt kính. Khi có dòng điện biến thiên chạy qua cuộn dây, cuộn dây tạo ra từ trường hướng lên phía đáy nồi.

Cuộn dây trong mâm từ có vai trò tương tự cuộn sơ cấp của máy biến áp. Đáy nồi có từ tính đóng vai trò như cuộn thứ cấp. Khi đặt nồi lên bếp, từ trường tác động vào đáy nồi tạo ra dòng điện xoáy Foucault.

Do đáy nồi có điện trở, dòng điện xoáy sinh ra nhiệt lượng làm nóng đáy nồi và truyền nhiệt vào phần thức ăn bên trong nồi.

Những loại nồi có vật liệu nhiễm từ như sắt, thép hoặc inox có từ tính sẽ hấp thụ từ trường tốt hơn. Khi từ trường tác động, các vùng từ bên trong vật liệu chuyển động và tạo ra nhiệt lượng lớn hơn.

Ngược lại, những vật liệu như nhôm hoặc đồng vẫn có thể tạo ra dòng Foucault khi đặt trong từ trường, nhưng do không có tính chất từ nên mức hấp thụ từ trường rất thấp. Lượng nhiệt tạo ra không đủ lớn để bếp từ nhận diện và làm nóng hiệu quả.

Vì sao nồi nhôm, nồi đồng không nhận được bếp từ?

Thực tế, khi đặt nồi nhôm hoặc nồi đồng lên bếp từ, bên trong vật liệu vẫn xuất hiện dòng điện Foucault. Tuy nhiên, do nhôm và đồng không có tính chất từ nên không hấp thụ được lượng từ trường lớn từ mâm từ tạo ra.

Có thể hình dung đơn giản, khi đáy nồi có từ tính đặt trong vùng từ trường của bếp từ, vật liệu bên trong đáy nồi sẽ bị tác động mạnh hơn, tạo ra dòng điện xoáy lớn và sinh nhiều nhiệt. Còn với đáy nồi bằng nhôm hoặc đồng, dòng Foucault tạo ra rất nhỏ, lượng nhiệt sinh ra thấp nên bếp từ không nhận diện được nồi.

Chính vì vậy, những chiếc nồi inox có đáy nhiễm từ thường được dùng trên bếp từ. Đáy nồi có từ tính sẽ hấp thụ từ trường tốt, tạo dòng điện xoáy mạnh và sinh nhiệt đủ lớn để làm nóng phần đáy nồi.

Công nghệ bếp từ Omega của Nhật có nhận nồi nhôm, nồi đồng không?

Riêng một số loại bếp từ sử dụng công nghệ Omega của Nhật có sự thay đổi trong phần mạch điện. Cách tạo ra dòng điện biến thiên vẫn dựa trên nguyên lý cảm ứng từ, nhưng thiết kế mạch cho phép bếp nhận được một số loại vật liệu như nhôm, đồng hoặc gang.

Tuy nhiên, mức hấp thụ từ trường của những loại đáy nồi không có tính từ vẫn thấp hơn nhiều so với đáy nồi nhiễm từ. Vì vậy, hiệu suất làm nóng không cao.

Ví dụ, với cùng một lượng điện tiêu thụ, nồi có đáy nhiễm từ sẽ truyền nhiệt tốt hơn, còn nồi nhôm hoặc đồng sẽ tiêu hao nhiều điện hơn nhưng lượng nước được làm nóng ít hơn. Theo chia sẻ trong video, hiệu suất khi dùng nồi nhôm hoặc đồng có thể thấp hơn rất nhiều, chỉ đạt dưới 30%.

Do hiệu suất thấp và không mang lại lợi ích kinh tế, phần lớn các hãng bếp từ trên thị trường không tập trung phát triển công nghệ nhận đáy nồi nhôm, đồng. Các loại bếp từ phổ biến vẫn ưu tiên dùng nồi có đáy nhiễm từ để đạt hiệu suất làm nóng cao.

Thử nghiệm cuộn dây và bóng LED trong vùng từ trường

Để minh họa cho nguyên lý tạo từ trường của bếp từ, mình thử đặt một cuộn dây điện gần vùng phát từ của bếp. Khi bếp tạo ra từ trường biến thiên, cuộn dây đặt bên ngoài cũng nhận được ảnh hưởng của từ trường và sinh ra điện áp.

Khi kết nối với bóng LED, bóng có thể phát sáng vì cuộn dây đã hấp thụ một phần năng lượng từ trường và tạo ra dòng điện cảm ứng.

Điều đó cho thấy nhôm, đồng hoặc một cuộn dây dẫn điện cũng có thể xuất hiện dòng điện cảm ứng khi đặt trong từ trường. Tuy nhiên, điểm khác biệt nằm ở khả năng hấp thụ từ trường và mức độ sinh nhiệt.

Đáy nồi có vật liệu nhiễm từ sẽ hấp thụ từ trường mạnh hơn, tạo dòng điện xoáy lớn hơn và sinh nhiệt nhiều hơn. Còn vật liệu không có từ tính chỉ tạo ra dòng Foucault nhỏ, không đủ để bếp từ nhận diện và tạo nhiệt lớn.

Vì vậy, khi đặt một vật dẫn điện như cuộn dây hoặc nồi nhôm trong vùng từ trường, vẫn có thể xuất hiện hiện tượng cảm ứng điện, nhưng không đồng nghĩa với khả năng làm nóng tốt trên bếp từ.