Die Energiebilanz des Herds
Beim Induktionsherd fließt die Wärme von der Kochplatte in den Topf.
Erklärung: Die Wärme entsteht durch Wirbelströme direkt im Topfboden. Wenn überhaupt, fließt sie andersherum — der heiße Topfboden erwärmt die Platte durch Rückstrahlung ein wenig. Die Platte ist kein Glied der Energiekette.
Welche Energiekette beschreibt den Induktionsherd korrekt?
Erklärung: Die elektrische Energie wird über das magnetische Wechselfeld an die Wirbelströme im Boden übertragen, deren Joulesche Wärme die innere Energie erhöht. Eine heiße Platte kommt in der Kette nicht vor.
Gleiche Töpfe mit je 1 L Wasser, gleiche elektrische Leistung aus dem Netz — einmal auf dem Induktionsherd, einmal auf einem Herd mit Gussplatte. Was beobachtest du?
Erklärung: Die Gussplatte muss selbst heiß werden, bevor sie den Topf heizt, und strahlt dabei viel Wärme an die Umgebung ab. Beim Induktionsherd entsteht die Wärme direkt im Topfboden — Platte und Umgebung werden nicht mitgeheizt. Deshalb die Energieersparnis und die kurze Vorwärmzeit.
Ein Blatt Papier liegt zwischen Kochfeld und Topf, das Wasser kocht. Warum verbrennt das Papier nicht?
Erklärung: Das Wechselfeld durchsetzt das Papier, kann darin aber keine Ströme treiben. Die einzige Wärmequelle in seiner Nähe ist der Topfboden selbst — dessen Kontaktwärme reicht nicht zum Entzünden.
Beim Bremsen mit der Wirbelstrombremse erwärmen sich die Schienen. Aus welcher Energieform stammt diese Wärme?
Erklärung: Die Wirbelströme wirken der Bewegung entgegen — die Arbeit gegen diese Bremskraft entzieht dem Zug Bewegungsenergie, die als Joulesche Wärme der Wirbelströme in der Schiene landet. Dieselbe Buchführung wie beim Herd, nur mit anderer Quelle.
Stelle in der Figur 1,0 L und „Induktion" ein. Wie viel Energie E zieht der Herd aus dem Netz (in kJ)?
Erklärung: E = Q/η = 335 kJ / 0,85 ≈ 394 kJ. Davon landen 335 kJ im Wasser, 59 kJ gehen verloren — beide Säulen sind gleich hoch.
Welchen Wirkungsgrad (in %) ergeben Messungen für Induktionsherde ungefähr?
Erklärung: Rund 85 % (US-Energieministerium, ENERGY STAR); Glaskeramik- und Gussplatten liegen 5 bis 10 Prozentpunkte darunter, Gas bei rund 32 %.
Ein Liter Wasser von 20 auf 100 °C braucht Q = 335 kJ. Wie viel Energie (in kJ) verbraucht ein Gasherd mit η = 32 % dafür?
Erklärung: E = Q/η = 335 kJ / 0,32 ≈ 1 047 kJ — gut zweieinhalbmal so viel wie der Induktionsherd mit 394 kJ. Wer Q · η rechnet (107 kJ), bekommt weniger als die Wärme im Wasser, was nicht sein kann.