Bếp cảm ứng từ giúp giảm thiểu dấu chân carbon

Để ứng phó với biến đổi khí hậu, nhiều chuyên gia kêu gọi nhân loại chuyển đổi toàn diện từ nhiên liệu hóa thạch sang các nguồn năng lượng “không carbon” hoặc “carbon thấp” như gió, mặt trời và thủy điện.

Đã có rất nhiều công nghệ thay thế nhiên liệu truyền thống bằng điện năng, từ hệ thống sưởi ấm và cung cấp nước nóng đến phơi khô quần áo, nhưng bếp điện lại là một câu chuyện khác. Bếp điện truyền thống có nhược điểm là mất rất nhiều thời gian để tăng và hạ nhiệt. Loại bếp này cũng tiềm ẩn rủi ro về an toàn do cuộn dây điện có thể ủ nhiệt đến hàng chục phút sau khi tắt bếp.

Vậy một đầu bếp tại gia phải làm thế nào đây? Câu trả lời là cảm ứng từ. Ý tưởng về chiếc bếp cảm ứng từ đã nhen nhóm từ hơn 100 năm trước, và vào năm 1933, công nghệ này được chọn triển lãm tại Hội chợ Thế giới Chicago. Ngày nay, bếp cảm ứng từ đã phổ biến ở châu Âu và châu Á, song mới tiếp cận được một nhóm nhỏ người tiêu dùng tại Mỹ. Vậy cảm ứng từ hoạt động theo cơ chế nào? Và nó có ưu – nhược điểm gì trong ứng dụng nấu nướng?

Tôi* là một kỹ sư điện chuyên về điện từ trường. Phần lớn nghiên cứu của tôi tập trung vào các ứng dụng trong điều trị y học – nhưng thực chất, nghiên cứu về mô cơ thể người hay về nồi đun trên bếp dưới tác động của điện từ trường đều dựa vào cùng một nguyên lý.

Nguyên lý cốt lõi mà bạn cần nắm được để hiểu về điện từ trường là điện tích tạo ra một điện trường xung quanh nó – về cơ bản, đây là một lực tỏa ra mọi hướng. Điện tích đứng yên, hay tĩnh điện, là một loại điện tích thường được tạo ra do ma sát. Việc chà xát một quả bóng bay lên tóc tạo ra ma sát khiến quả bóng bị nhiễm tĩnh điện; tĩnh điện này khiến tóc bạn dựng đứng lên và bám vào bóng ngay cả khi bạn kéo quả bóng ra xa. Nói cách khác, quả bóng đã hút ngọn tóc bằng một lực từ hấp dẫn.

Trong khi đó, các hạt điện tích di chuyển, ví dụ như dòng điện trong dây dẫn, lại sinh ra từ trường – môi trường chứa lực từ xung quanh dòng điện. Trái đất được bao bọc bởi một từ trường do quá trình chuyển động của các dòng điện trong lõi nóng chảy.

Từ trường cũng có thể sinh ra điện trường, và đây là lý do chúng ta sử dụng thuật ngữ “điện từ trường.” Nhà khoa học người Anh Michael Faraday đề ra khái niệm này vào khoảng những năm 1830. Faraday chỉ ra rằng khi đặt một vật liệu dẫn điện, chẳng hạn như dây dẫn, trong một từ trường chuyển động, trong dây dẫn sẽ xuất hiện một điện trường. Đây chính là hiện tượng cảm ứng điện từ. Nếu dây dẫn tạo thành mạch kín, ta sẽ có một dòng điện cảm ứng chạy qua mạch.

Khám phá của Faraday đã đặt nền tảng cho sự phát triển của động cơ điện. Không chỉ vậy, công trình của ông còn đưa ra một phương pháp làm nóng vật liệu không cần đến nguồn nhiệt truyền thống như lửa.

Mọi vật liệu đều có điện trở, có nghĩa là bất kỳ dòng điện nào chạy qua vật đều bị cản trở phần nào. Điện trở khiến một phần điện năng bị mất đi: phần năng lượng này biến thành nhiệt, và kết quả là vật dẫn nóng lên. Nghiên cứu y sinh của tôi tập trung vào ứng dụng của từ trường tần sóng vô tuyến để làm nóng tế bào trong cơ thể nhằm chữa lành tổn thương.

Khác với đầu đốt thông thường, bên dưới bề mặt nấu của bếp từ lắp các cuộn dây đồng. Để tối đa hóa hiệu suất nhiệt, kỹ sư cần đảm bảo năng lượng từ trường sinh ra trong mỗi vùng nấu được nồi đun hấp thụ nhiều nhất có thể. Từ trường tạo ra điện trường ở dưới đáy nồi, khiến cho đáy nồi sinh nhiệt trên điện trở của nồi và nóng lên, trong khi bề mặt vùng nấu không bị làm nóng.

Bếp cảm ứng từ hoạt động tốt nhất ở từ trường tần số cao – thường là 24KHz. Bên cạnh đó, bếp từ thích hợp với các loại nồi đun làm từ vật liệu không cho phép từ trường đi qua dễ dàng. Các kim loại có hàm lượng sắt hoặc nickel cao thì hấp thụ từ trường, do vậy đây là lựa chọn lý tưởng để nấu ăn cảm ứng. Sắt hấp thụ từ trường tốt hơn nickel và ít tốn kém hơn nhiều, vậy nên vật liệu sắt từ thường được sử dụng trong các loại nồi dùng cho bếp cảm ứng.

Lý do bếp cảm ứng từ an toàn hơn bếp điện truyền thống là bởi cơ chế sinh nhiệt của nó dựa vào sự hấp thụ từ trường. Bạn có thể đặt tay trực tiếp lên bề mặt nấu mà không cảm thấy quá nóng. Do đặc điểm của hệ thống bếp từ chỉ làm nóng nồi đun mà không sinh nhiệt trực tiếp trên bề mặt nấu, phần bề mặt này sẽ nguội đi nhanh chóng một khi bạn nhấc nồi ra khỏi bếp, khiến bạn ít có nguy cơ bị bỏng hơn.

Bản thân nồi đun cũng thường nóng lên hoặc nguội đi rất nhanh, và được kiểm soát nhiệt độ chính xác – tương tự một trong những đặc điểm được ưa chuộng của bếp gas. Một điểm cộng nữa là bếp cảm ứng từ rất dễ vệ sinh do có bề mặt nhẵn làm từ kính hoặc gốm.

Hiệu suất nhiệt của bếp cảm ứng hiện đại tương đương với bếp điện truyền thống và gấp đôi so với bếp gas. Tuy nhiên, hiệu suất cao không hoàn toàn đồng nghĩa với tiết kiệm chi phí. Ở nhiều vùng ở Mỹ, khí đốt tự nhiên rẻ hơn nhiều so với điện, đôi khi từ ba đến bốn lần. Điều này phần nào lý giải vì sao bếp cảm ứng lại được ưa chuộng rộng rãi ở châu Âu, bởi cho đến gần đây, khí đốt tự nhiên ở khu vực này vẫn đắt hơn nhiều so với điện.

Một yếu tố khác ảnh hưởng đến lựa chọn của người tiêu dùng là giá thành của bếp cảm ứng thường cao hơn bếp gas hay bếp điện, tuy không chênh lệch quá nhiều. Người nấu cũng sẽ phải thay thế các loại nồi làm từ vật liệu không dẫn từ như nhôm, đồng, thép không gỉ và sứ, bởi chúng không thích hợp để sử dụng trên bếp cảm ứng. Cách nhanh nhất để chắc chắn nồi của bạn có thể hoạt động trên bếp cảm ứng là kiểm tra xem đáy nồi có hút được nam châm hay không.

Bất chấp những trở ngại trên, tôi kỳ vọng rằng các quy định hạn chế khí đốt sẽ khiến nhiều người chọn sử dụng bếp cảm ứng từ. Ở cấp độ quốc gia, nước Mỹ có thể áp dụng một số hình thức định giá carbon, giúp nâng giá khí đốt tự nhiên trong tương lai gần. Đây là một bước tiến phù hợp khi ngày càng có nhiều lo ngại về ô nhiễm không khí trong nhà do các thiết bị sử dụng gas. Đã hơn một thế kỷ trôi qua kể từ khi người đầu tiên hình dung ra chiếc bếp từ, và giờ đây, kỷ nguyên của công nghệ nấu ăn cảm ứng cuối cùng đã đến.