Как устроена микроволновая печь? | КакУстроен.ру

Каждый из нас сталкивался с микроволновыми печами. Этот электроприбор есть практически на каждой кухне. Однако не все знают, как он работает и из чего состоит.
Микроволновые печи или печи СВЧ могут быть бытовыми или промышленными. Бытовые используют для быстрого приготовления, подогрева или размораживания продуктов питания. В промышленности они выполняют более сложные задачи: сушат, размораживают, плавят пластмассовые массы, разогревают клеевые вещества, также в них можно обжигать керамику и т.п. В основе работы этого устройства лежит использование электромагнитного излучения дециметрового диапазона, который разогревает вещества, в составе которых есть вода.

Если обычные печи (духовка, кирпичная и т.п.) разогревают поверхность предмета, то СВЧ-печь действует в объеме, так как волны могут проникнуть примерно на 1,5-2,5 см в глубину вещества. Это позволяет намного быстрее достичь необходимой температуры.

Мощность микроволновой печи для дома может быть разной. В основном используют диапазон в пределах 500-2500 Вт и более. Практически все модели имеют регулятор, с помощью которого можно увеличить или уменьшить ее мощность.

Конструкция микроволновой печи

Как и любое устройство, она состоит из набора деталей, каждая из которых имеет свое функциональное предназначение.
Современные модели могут иметь ряд особенностей и специальных функций, однако мы рассмотрим базовую комплектацию, которая есть в каждой микроволновке.
Каждая микроволновая печь состоит из:

• камера;
• дверца;
• вентиляционные отверстия;
• направляющий ролик;
• подставка для посуды;
• отверстия воздуховода;
• блокировочные защелки;
• панель управления;
• блок управления

Главный действующий элемент, который обеспечивает работу прибора — магнетрон. Это особая вакуумная лампа, которая при работе создает СВЧ-излучение. Под его действием молекулы воды, которые есть в каждом продукте питания, колеблются, и создается трение. Это трение вызывает тепло, за счет которого пища начинает разогреваться.
Излучение, которое создает магнетрон, подается в камеру через волновод. Чтобы он не перегревался, в микроволновой печи работает вентилятор.

Также в некоторых моделях есть диссектор, предназначенный для равномерного распределения тепла. Обычно он устанавливается в верхней части камеры.

Для защиты человека от вредного СВЧ-излучения создана специальная система, которая не допускает выхода лучей за пределы камеры. Прибор имеет экранированную рабочую камеру из металла, которая дополнительно защищается корпусом из металла снаружи. Он не дает излучению проникать за пределы ее стенок. Прозрачное стекло дверцы также имеет специальный защитный экран из мелкоячеистой металлической сетки.
Ни одна печь не может начать работу с открытой дверцей благодаря специальной системе переключателей, контролирующих ее работу.

Они позволяют начать работу, только если печь плотно закрыта дверцей.

Блок управления — это микросхема, которая регулирует мощность работы и отключает печь по истечении заданного времени. В первых моделях этот блок состоял из двух переключателей, затем начали использовать электронные схемы, а современные — микропроцессоры, которые дают возможность выполнять множество других функций, например:

• часы;
• индикацию и изменение уровня мощности;
• специальные программы приготовления;
• звуковой сигнал по истечении работы и т.п.

Также в современных моделях есть гриль, конвекторы и другие элементы, контролировать работу которых можно с помощью блока питания.

70 лет истории ради 4х простых этапов

Как и многие изобретения, печи СВЧ для современных кухонь — это продукт совершенно постороннего научного эксперимента. В середине 30-х годов проводились довольно интенсивные опыты с магнетроном — прибором, излучающим волны в сверхвысоком диапазоне. В ходе работы был обнаружен интересный эффект — сотрудникам американской лаборатории удалось подогреть до готовности сосиски без применения огня. Они случайно оставили их в зоне действия СВЧ генератора.

Позже этот результат подтвердился новыми опытами, и предприимчивые инженеры получили патент на «радарные печи» — прообраз нынешних микроволновок. Вначале они применялись только для разморозки продуктов стратегического назначения, но десятилетием позже (в начале пятидесятых) японские компании стали выпускать аналогичные устройства, приспособив их для кухонных потребностей. Разберемся, что же это такое — современная микроволновая печь?

Полезная информация: 5 отличий инверторной микроволновки от обычной

Из чего состоит микроволновая печь?

Многим знаком внешний вид и форма печей СВЧ, а вот как устроена микроволновая печь, знают далеко не все. Практически все модели микроволновок имеют базовую конструктивную комплектацию, включающую:

• Камеру из специальных сплавов, в которую и помещается разогреваемая пища;
• Особой конструкции дверцы, не позволяющей излучению выйти за пределы камеры;
• Решетку вентиляционных отверстий;
• Электронный блок управления с внешней панелью;
• Воздуховоды;
• Ролик для вращения и стеклянная тарелка для продуктов;
• Магнетрон;
• Редукторный двигатель;
• Вентилятор;
• Элементы электрических схем.

Внутренняя, металлическая часть камеры экранирует СВЧ-волны, защищая пользователя от воздействия излучения. Стеклянная дверца также выполнена с включением металлической экранирующей сетки.

Электронный блок управления не позволяет использование печи в открытую, блокируя ее включение. Он же контролирует подаваемую мощность и заданное время работы. 
Работу контроллеров, отвечающих за таймер, запуск программ, звуковые сигналы, можно устанавливать самостоятельно на панели управления.

Но это не все, из чего состоит микроволновая печь. К базовой конструкции могут быть добавлены нагревательные ТЭНы или инфракрасные лампы (гриль), например, как в Beko MGC20100S, и конвектор, представляющий собой вентилятор внутри камеры.

Что такое микроволны?

Некоторые пользователи опасаются оборудовать свои кухни печами СВЧ. Начитавшись в интернете о вреде излучений в микроволновке, люди не хотят подвергаться «вредоносным» лучам и не пытаются разобраться в принципе использования энергии электромагнитных волн. Понять, как именно работает микроволновая печь и что в ней является источником тепла, поможет знание природы микроволн.

Все знают, что источником тепла для всего живого на нашей планете служит Солнце. Доставляется солнечная энергия к Земле посредством электромагнитного излучения. Именно оно дарит нам яркую цветовую палитру окружающего мира: ведь цвет — это излучение, которое мы видим. А волны, которые мы не видим, тоже входят в спектр ЭМ излучения: рентгеновские лучи, инфракрасные, радиоволны, ультрафиолетовые. К ним же относятся и микроволны. Это почти такие же излучения, как радиоволны, которые обеспечивают работу телефонов, телевизоров, интернета. 

Различаются они между собой двумя параметрами — длиной волны и частотой колебания. Следует отметить, что микроволны в бытовых печках СВЧ не обладают ионизирующим эффектом, как ультрафиолетовое или гамма-излучения, они не могут вызвать изменения в клетках или навредить человеку. Для этого у них недостаточно энергии. Они могут только своей энергией нагревать еду. К тому же, внутренний корпус микроволновки сделан из металлических сплавов, полностью защищающий человека от даже таких, неопасных, излучений. 

Любопытно: История изобретения микроволновой печи: от 1945 года и до сегодня

Как микроволновка греет еду?

Разберемся, почему микроволновая печь разогревает продукты. Электромагнитные волны, воздействуя на заряженные молекулы воды помещенной внутрь нее пищи, принуждают их колебаться со сверхбыстрой скоростью. При таком высокочастотном колебании молекулы начинают тереться друг о друга, за счет чего резко разогреваются. 

Происходит это так:

1. Включение печки СВЧ активирует работу магнетрона — генератора микроволн.
2. Волны направлены внутрь корпуса микроволновки, постоянно отражаясь от внутренних стенок.
3. Содержащиеся в пище молекулы воды начинают работать, как микроскопические электромагниты, меняя направление электрического поля около 5 млн раз за секунду.
4. Разгоняющиеся под действием энергии микроволн молекулы быстро набирают температуру за счет движения, передавая тепло находящемуся внутри блюду.

Интересно, что не все продукты можно разогреть в СВЧ печке. Например, масло. Оно не содержит достаточного количества заряженных молекул — диполей, что являются основными молекулами, нагреваемыми микроволновой печью. А вот воду можно довести до более высокой температуры, чем при обычном кипячении. Через стеклянную дверцу это даже невозможно увидеть — отсутствует конденсация пара. Поэтому доставать чашку с таким кипятком нужно осторожно — потревоженная перегретая вода может закипеть и выплеснуться из емкости прямо в руках. 

Как микроволновая печь может повлиять на человека? Никак, если соблюдать меры предосторожности. Так, специалисты предостерегают от использования обычного пластика для разогрева еды, некоторые его виды выделяют при прогреве опасные химические вещества. К тому же, считается неправильным разогревать чуть закисшую еду. Быстрый процесс не успевает убить болезнетворные микробы, такую еду лучше прокипятить. И еще одно предупреждение: чтобы не возникала внутри корпуса электрическая дуга, нельзя помещать в печку еду в фольге или на тарелке с золотистым рисунком. Это может не только сломать саму печь, но и привести к пожару. Зная, как микроволновка греет еду, и соблюдая правила предосторожности, можно не переживать за здоровье своих близких.

Интересно прочитать: Духовка или микроволновка — 3 ключевых параметра для верного выбора

Свойства еды после разогрева в микроволновке

Противники микроволновок, помимо страшилок с вредным излучением, аргументируют свои опасения молекулярным изменением продуктов. Однако сама его структура при разогреве совсем не меняется — просто молекулы быстро двигаются. Соответственно, прежними остаются свойства и состав еды. 

Доводы, что вкус блюда становится не таким, как свежеприготовленный, могут быть опровергнуты самой природой разогрева микроволнами. Если блюдо в духовке или сковородке сильнее разогревается снаружи, то в СВЧ прогрев гораздо более равномерный и осуществляется по всей толщине продукта. И влага внутри разогреваемого блюда распределяется по-другому. А вот витаминный состав в микроволновке, такой, как Electrolux EMM20000OK, остается более полным, чем при традиционной тепловой обработке.

Тем не менее, есть продукты, которые врачи не советуют класть в СВЧ печь. Специалисты не рекомендуют греть в ней грудное молоко, а также яйца и любые другие продукты в цельной оболочке — они могут взорваться и испачкать все внутреннее пространство микроволновки.

Выбор за потребителем

Ни в одной стране нет официальных запретов применения микроволновок. Поэтому использовать ее или отказаться — зависит только от самого человека. Нельзя не отметить, что СВЧ печь считается очень востребованной техникой не только для дома, но и в современных офисах. Да и многие небольшие кафе и гостиницы предоставляют своим клиентам возможность перекусить горячей едой, разогретой в микроволновке. Большинство специалистов считают, что исправная техника и соблюдение правил использования сводят к минимуму возможное вредное воздействие от излучений в микроволновых печах.

Кстати, обычно пользователи сравнивают печь СВЧ с духовкой. Вот ключевые показатели работы этих двух агрегатов:

Как устроена микроволновая печь | yourmicrowell.ru

Данная статья посвящается тем, кто еще не знает, как устроена микроволновая печь и тем, кому это еще интересно узнать. И так, берем печь, и снимаем кожух (перед этим не забываем выключить микроволновку из сети! поверьте на слово, это очень важно!). Для этого откручиваем три или четыре самореза сзади, слегка приподымаем его за загнутую часть ту, куда были вкручены винты — саморезы и тянем на себя. Все, кожух снят и нашему взору предстает множество всяких штучек и проводов. Большинство этих штучек расположено справа за панелью управления. На рисунке ниже, я попытался обозначить все основные узлы и агрегаты отдельно взятой микроволновой печи.

 

Приведенная в примере печь является, обычной микроволновой печью из не ржавеющей стали, с функциями – микроволны, гриль верхний и гриль нижний.

Печь с электронной панелью управления. Пройдемся по списку агрегатов, перечисленных на рисунке, сверху вниз.

1. Лампа подсветки. Это та самая лампа, которая освещает камеру печи в тот момент, когда вы открываете дверь печи а, так же во время работы печи. Лампа рассчитана на напряжение питания 220в. Мощность 20Вт.
2. Гриль. На рисунке виден только верхний гриль, который представляет собой два нагревательных элемента соединенных последовательно. Каждый элемент рассчитан на 110 вольт в итоге, два последовательно – 220 вольт.
3. Термореле магнетрона. Или термопредохранитель – защищает печь от перегрева магнетрона. Если магнетрон нагрелся больше положенного, термопредохранитель рвет цепь питания магнетрона.
4. Сетевой фильтр. Препятствует проникновению в питающую сеть различных помех создаваемых при работе микроволновой печи.
5. Магнетрон. Это то, из-за чего «все мы здесь сегодня собрались». Не было бы магнетрона, не было бы и микроволновки и статьи этой тоже, не было бы.  Магнетрон, преобразует напряжение в микроволны, которые выводит в камеру печи. Устройство и принцип действия магнетрона рассмотрим позже более подробно.
6. Кулер. По нашему — вентилятор. Выполняет две функции: охлаждает магнетрон во время его работы и вентилирует камеру печи. Работает во всех режимах работы микроволновки.
7. Замок двери. Представляет собой весьма сложную конструкцию. Служит для плотного запирания двери и выполняет функцию блокировки работы печи. При открывании двери во время работы, микроволновка блокируется – прекращает работу автоматически. После закрытия двери нужно нажать кнопку «Старт» и работа возобновится без сброса времени установленного на таймере.
8. Панель управления. Здесь, «всему голова». Отвечает за своевременное включение – выключение соответствующих агрегатов печи согласно заданной программе.
9. Высоковольтный трансформатор. Преобразует сетевое напряжение в напряжения необходимые для устойчивой работы магнетрона.
10.  Высоковольтный предохранитель. Служит для защиты высоковольтного трансформатора от перегрузок, в случае выхода из строя элементов высоковольтного выпрямителя или магнетрона.
11.  Высоковольтный выпрямитель. Состоит из разделительного конденсатора и выпрямительного диода, которые рассчитаны  на высокое напряжение. Преобразует напряжение переменного тока в постоянное – необходимое для питания магнетрона.

На самом деле микроволновая печь, не такое уж сложное устройство и для того, что бы разобраться в нем, совсем не обязательно быть «крутым электронщиком». У любого практикующего электрика встречаются задачи, и посложнее. Но если вы совсем не представляете «куда и почему бегут электроны в проводниках», то лучше закройте печку обратно. Посмотрели на внутренности и хватит. Прежде чем открыть ее в следующий раз, изучите «матчасть».

Это ради вашей безопасности. Ибо, почти везде внутри микроволновки есть напряжения опасные для вашего здоровья.

На рисунке выше этого текста изображена принципиальная электрическая схема микроволновой печи приведенной ранее в примере. Давайте попробуем с помощью этой схемы разобраться, как все это работает.

Всю схему можно условно разделить на две части. Это – панель управления и исполнительные элементы. К исполнительным элементам в нашем случае относятся магнетрон, верхний гриль и нижний гриль. На схеме магнетрон расположен в правом верхнем углу, а грили обозначены как «Тэн гриля 1» и «Тэн гриля 2». Каждому исполнительному элементу соответствует свое реле на панели управления. Предположим, что вы включили режим «Микроволны», тогда контроллер панели управления по вашей команде  включит «Реле магнетрона», контакт «КМ» замкнется и тем самым подаст питание на «Высоковольтный трансформатор» который в свою очередь запитает магнетрон. Если включен режим верхнего гриля, то сработает «Реле гриля 1» и через контакт «KG1» запитает нагревательный элемент гриля. Аналогично со вторым грилем. При включении режима «Комби», контроллер будет включать все реле в той последовательности, которая заложена в его программе, т. е. чередовать режимы «Микроволны» и «Гриль». На панели управления есть еще одно реле – это «Главное реле», оно срабатывает при включении любого режима работы микроволновой печи и через его контакты запитываются все исполнительные элементы, в том числе двигатели вентилятора «М1″ и поворотного стола «М2″. Ключи блокировки: А, В и С  расположены в замке двери и при ее открывании – закрывании срабатывают синхронно. На схеме положение всех контактов, как реле, так и блокировочных ключей, соответствует режиму ожидания. Другими словами, печь просто подключена к сети, но не работает, при этом дверь закрыта. Если в данный момент вы откроете дверь, то все ключи разомкнуться. Ключ «А» обесточит все исполнительные элементы. Ключ «В» вообще переключит их на противоположную шину, а разомкнувшийся ключ «С» даст знать контроллеру, что дверь печи открыта. Контроллер по этой команде  включит «Главное реле», которое своими контактами замкнет цепь питания «Лампы подсветки». То есть при открытии дверцы печи, в камере загорится свет. Если же вы открыли дверцу, что называется, «на ходу», то разомкнутый ключ «А» разорвет цепь питания печи по верхней шине. Контроллер панели управления по сигналу ключа «С» поймет, что дверь открыта и переведет печь в режим паузы, а после того как дверь закроют и нажмут кнопку «Старт», печь продолжит свою работу в прежнем режиме.

Микроволновая печь. Устройство и принцип работы. Часть 1

Микроволновая печь.
Микроволно́вая печь или СВЧ-печь — электронное устройство, предназначенное для подогрева или быстрого приготовления пищи, размораживания продуктов с использованием электромагнитных волн дециметрового диапазона (как правило с частотой 2450 МГц).
В промышленности эти печи используются для разморозки, сушки, плавления пластмасс, обжига керамики , разогрева клеев и т. д. В некоторых промышленных печах частота излучения может изменяться (так называемые англ. variable frequency microwave, VFM).
В отличие от классических печей (например, духовки ), разогрев продуктов в микроволновой печи происходит не только с поверхности, но и по объёму продукта, содержащему полярные молекулы (например, воды), так как радиоволны данной частоты проникают и поглощаются пищевыми продуктами на глубине примерно 2,5 см. Это значительно сокращает время разогрева продукта.

Устройство
Источником микроволнового излучения является высоковольтный вакуумный прибор — магнетрон. Для того, чтобы антенна магнетрона излучала микроволны, к нити накала магнетрона необходимо подать высокое напряжение (порядка 3-4 кВ). Поэтому сетевого напряжения питания (220 В) магнетрону недостаточно и питается он через специальный высоковольтный трансформатор. Мощность магнетрона современных микроволновых печей составляет 600-900 Вт. Вырабатываемые магнетроном микроволны поступают в полость печи по волноводу — каналу с металлическими стенками, отражающими СВЧ-излучение. В одних микроволновках волны входят в полость только через одно отверстие (как правило, в верхней части полости), в других — через два отверстия: у «потолка» и у «дна». Если заглянуть в полость печи, то можно увидеть слюдяные пластинки, которые закрывают отверстия для ввода микроволн. Пластинки не позволяют попадать в волновод брызгам жира с разогреваемой пищи, а проходу микроволн они совершенно не мешают, поскольку слюда прозрачна для излучения. Слюдяные пластинки (обтюраторы) со временем пропитываются жиром, становятся рыхлыми, и их нужно менять на новые.

                                                                 

Полость микроволновки изготавливается из металла, который может иметь различное покрытие. В самых дешевых моделях СВЧ-печей внутренняя поверхность стенок полости покрыта краской «под эмаль». Такое покрытие не отличается особой стойкостью к воздействию высоких температур, поэтому не применяется в моделях, где дополнительно к микроволнам используется гриль.

                                                             

Более стойким является покрытие стенок полости эмалью или специальной керамикой. Специальное покрытие (биокерамическое — Moulinex, антибактериальное — LG) представляет собой специальное соединение, которое спекается при высокой температуре, благодаря чему покрытие камеры представляет собой абсолютно гладкую поверхность. Стенки с таким покрытием легко моются и выдерживают высокие температуры. Недостатком эмали и керамики является их хрупкость по отношению к ударам. Ставя посуду во внутрь микроволновки, нетрудно случайно задеть стенку, а это может повредить нанесенное на неё покрытие. Поэтому, если вы приобрели СВЧ-печь с эмалевым или керамическим покрытием стенок, обращайтесь с ней осторожно.
Наиболее прочными и стойкими в отношении ударов являются стенки из нержавеющей стали. Положительное свойство этого материала — прекрасное отражение микроволн. Минус — то, что если хозяйка уделяет не слишком много внимания очистке внутренней поверхности СВЧ-печи, то не удаленные вовремя брызги жира и пищи могут оставить следы на нержавеющей поверхности.

  Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:
— металлическая камера, в которой концентрируется высокочастотное излучение и куда помещаются разогреваемые продукты;
— трансформатор — источник высоковольтного питания магнетрона;
— СВЧ-излучатель — магнетрон;
— волновод для передачи излучения от магнетрона к камере;
— цепи управления и коммутации;
— вращающийся столик (стеклянная тарелка) — необходим для равномерного разогрева продукта со всех сторон;
— схемы и цепи, обеспечивающие управление (таймер) и безопасность (блокировки режимов) устройства;
— вентилятор, охлаждающий магнетрон и проветривающий камеру.

                                                                

Очень важным элементом микроволновой печи является дверца. Она должна дать возможность видеть, что происходит внутри, и при этом исключить выход микроволн наружу. Дверца представляет собой многослойный пирог из стеклянных или пластмассовых пластин.

                                                                

 

Кроме того, между пластинами обязательно есть сетка из перфорированного металлического листа. Металл отражает микроволны назад, в камеру печи, а отверстия перфорации, которые делают его прозрачным для обзора, имеют диаметр не более 3 мм. Вспомнив, что длина волны СВЧ-излучения равна 12,25 см, становится ясно, что через трехмиллиметровые отверстия такой волне не пройти.
Чтобы излучение не нашло лазейки там, где дверца прилегает к срезу полости, по периметру дверцы находится уплотнитель из диэлектрического материала. Он плотно прилегает к переднему торцу корпуса СВЧ-печи при закрытии дверцы. Толщина уплотнителя составляет около четверти длины волны СВЧ-излучения. Здесь используется расчет, основанный на физике волн: волны в противофазе гасят друг друга. Благодаря точно подобранной толщине уплотнителя обеспечивается так называемая отрицательная интерференция волны, проникшей внутрь материала уплотнителя, и отраженной волны, выходящей из уплотнителя наружу. Благодаря этому уплотнитель служит ловушкой, которая надежно гасит излучение.
Чтобы полностью исключить возможность генерации микроволн при открытой дверце камеры, используется набор нескольких дублирующих друг друга независимых выключателей. Эти выключатели замыкаются контактными направляющими на дверце печи и разрывают цепь питания магнетрона даже при небольшой неплотности закрытия дверцы.

ПРИНЦИП РАБОТЫ.
Существует распространённое мнение о том, что микроволновая печь разогревает пищу «изнутри наружу». На самом же деле микроволны идут снаружи внутрь, задерживаются в наружных слоях пищи, потому разогрев равномерно влажного продукта происходит приблизительно так же, как и в духовой печи (чтобы убедиться в этом — достаточно подогреть варёный картофель «в мундире», где тонкая кожура достаточно защищает продукт от высыхания). Неверное представление вызвано тем, что микроволны не воздействуют на сухие материалы, которые обычно бывают на поверхности продуктов, и поэтому их нагревание в некоторых случаях начинается глубже, нежели при других способах нагрева (хлебные изделия, к примеру, разогреваются именно «изнутри», и именно по этой причине — хлеб и булочки снаружи имеют подсохшую корочку, а большинство влаги сосредоточено внутри).
     Практически все бытовые печи позволяют пользователю регулировать уровень излучаемой мощности. Для этого нагреватель (магнетрон) периодически включается и выключается, согласно установке регулятора мощности (т. е. сам магнетрон имеет только два состояния — вкл./выкл., но чем больше длительность включённого состояния, по отношению к выключенному — тем больше излучённая мощность печи в единицу времени — метод так называемой широтно-импульсной модуляции). Эти периоды включения/выключения можно наблюдать во время работы печи (слышать изменения шума, производимого работающей печью, а также — по изменению внешнего вида некоторых продуктов (надувания некоторых воздушных продуктов, в том числе — пакетов) и т. п.) во время включения и выключения магнетрона.
Микроволновое излучение не может проникать внутрь металлических предметов, поэтому невозможно приготовить еду в металлической посуде. Металлическая посуда и металлические приборы (ложки, вилки), находящиеся в СВЧ-печи в процессе нагревания, могут вывести её из строя.
Нежелательно помещать в микроволновую печь посуду с металлическим напылением («золотой каёмочкой») — даже этот тонкий слой металла сильно нагревается вихревыми токами и это может разрушить посуду в области металлического напыления.
Нельзя нагревать в микроволновке жидкость в герметично закрытых ёмкостях и целые птичьи яйца — из-за сильного испарения воды внутри них создаётся высокое давление и, вследствие этого, они могут взорваться. Из этих же соображений не рекомендуется сильно разогревать сосисочные изделия, обтянутые полиэтиленовой плёнкой (либо перед разогревом необходимо проткнуть каждую сосиску вилкой).
Разогревая в микроволновке воду, также следует соблюдать осторожность — вода способна к перегреванию, то есть, к нагреванию выше температуры кипения. Перегретая жидкость способна почти мгновенно вскипеть от неосторожного движения. Это относится не только к дистиллированной воде, но и к любой воде, в которой содержится мало взвешенных частиц.

Как работает микроволновка | Микроволновые печи | Блог

 
Приготовление и разогрев пищи в микроволновой печи уже давно не вызывает вау-эффекта. Но вот как работает этот кухонный девайс, знает далеко не каждый. Это в свою очередь рождает множество мифов и кривотолков. В данном материале рассмотрим, как устроена микроволновка и как ее безопасно использовать.

Теория нагрева в СВЧ-печи

Как известно, полярные молекулы (иначе называемые диполями) ориентируются в пространстве вдоль силовых линий магнитного поля. Если такую молекулу поместить в переменное магнитное поле, она, обладая дипольным моментом, начнет поворачиваться, следуя за его магнитными линиями. Чем выше частота смены направления силовыми линиями поля, тем чаще молекула будет менять свое положение.

Ярким представителем диполя является молекула воды, самого распространенного на Земле вещества. Приложение переменного магнитного поля к молекулам воды заставляет их находиться в постоянном движении, обусловленным дипольным моментом. Из-за сил трения, возникающих между соседними молекулами, выделяется тепло и, соответственно, повышается температура материала, помещенного в электромагнитное поле. Причем чем быстрее и чаще меняется направление поля, тем быстрее происходит внутренний нагрев. Такое поведение молекулы воды является основополагающим принципом готовки в микроволновой печи.

Любой продукт содержит то или иное количество воды, поэтому если поместить его под действие электромагнитных волн, это гарантированно вызовет его нагрев. Причем продукт нагревается изнутри, а не снаружи, как это происходит при традиционных способах готовки. СВЧ-волны проникают вглубь продукта примерно на 2,5-3 см, а остальной нагрев происходит за счет теплового движения молекул.

Чтобы разогреть продукты, их подвергают воздействию электромагнитных волн, меняющих направление своих электромагнитных полей с высокой частотой.

Общепринятым стандартом частоты электромагнитного поля в СВЧ-печах является значение 2,45 ГГц.

Основной миф о микроволновках гласит, что молекула воды начинает менять свое положение лишь на частоте 2,45 ГГц. На самом деле это не так. Движение молекул воды возможно в более широком спектре частот. Причем чем ниже частота, тем глубже радиоволны проникают в толщу материала. Некоторые промышленные образцы микроволновок успешно работают на частоте 915 МГц.

Используемая частота радиоволн — определенный компромисс между эффективностью, стоимостью и повсеместной доступностью технологии. Во-первых, возможность использовать микроволновку должна быть везде, а значит, частота ее волн должна находиться в разрешенном радиочастотном диапазоне. Во-вторых, конечное изделие не должно иметь высокую стоимость, чтобы быть по карману большинству. В-третьих, прибор для приготовления должен быть достаточно компактным и иметь небольшой вес.

Устройство и принцип действия микроволновки

СВЧ-печь состоит из небольшого количества узлов и компонентов. В ее состав входят:

• магнетрон;
• волновод;
• рабочая камера;
• источник питания высокочастотного излучателя;
• вентилятор охлаждения магнетрона;
• плата управления микроволновкой;
• механизм вращения тарелки.

Главную скрипку в работе микроволновки играет магнетрон — узел, генерирующий радиоволны высокой частоты.

Пытаясь вникнуть в суть работы магнетрона, так и хочется воскликнуть словами известного интернет-мема: «Ничего не понятно, но очень интересно!» На самом деле это так, только если подходить к вопросу, что называется, академически. Упрощенно работу электромагнитного излучателя можно описать следующим образом.

Конструктивно, магнетрон — это вакуумная электролампа, известная еще со времен дедовских телевизоров и радиоприемников. Узел состоит из толстостенного анода, как правило, выполненного из медного сплава и имеющего в своей конструкции камеры резонаторов, а также катода с дополнительной обмоткой, изготовленной из сплава вольфрама и тория. Катод осуществляет эмиссию электронов в вакуумную среду устройства. Для ускорения процесса отделения электронов с поверхности катода, обмотка нагревается путем подачи на нее небольшого напряжения. Колба магнетрона с обоих торцов заключена в постоянные магниты, создающие внутри нее постоянное магнитное поле.

Возникновение волн сверхвысокой частоты происходит при взаимодействии перпендикулярных друг другу постоянного магнитного поля, сформированного постоянными магнитами, и переменного электромагнитного поля, возникающего при подаче высокого напряжения на выводы магнетрона. Для питания излучателя СВЧ-волн используется высокое напряжение, величина которого составляет порядка 4000 В.

В кольцевом промежутке между катодом и анодом, иначе называемым пространством взаимодействия, происходит формирование потока электронов и их круговое вращение внутри воздушного зазора. Во время прохождения потока электронов мимо полостей резонаторов скорость электронов несколько замедляется. В этот момент происходит отбор энергии из пучка электронов и формирование СВЧ-волн, которые в свою очередь усиливаются в резонаторах и выводятся через проволочную петлю на антенну магнетрона.

Внимание! Такие эксперименты опасны для здоровья!

5. Не нужно помещать в рабочую камеру металлические предметы и посуду, имеющую металлизированную кайму. Дело в том, что микроволны хоть и не поглощаются металлом, но приводят к возникновению в нем вихревых токов больших величин. Не лучшая идея — создать внутри микроволновки подобие сварочного аппарата и испортить внутренние поверхности печи.

6. Нужно всегда помнить, что СВЧ-излучатель питается напряжением порядка 4 кВ. Не стоит проводить самостоятельный ремонт. Риск получения электротравмы очень высок!

Дополнительное оснащение микроволновки

В современных микроволновках еду готовят не только с использованием СВЧ-излучения. Практически все модели оснащают грилем, а более «продвинутые» модели — и режимом конвекции.

Гриль

Существует два типа нагревательных элементов, служащих для создания румяной корочки у готового блюда или полноценной готовки в этом режиме. Это может быть обычный ТЭН или кварцевый излучатель.

Приготовление еды происходит от воздействия теплового (либо инфракрасного) излучения, создаваемого нагревательным элементом. Нагреватели имеют небольшую мощность, поэтому приготовление блюд только ими довольно сомнительно и занимает много времени. А вот в качестве подспорья микроволнам — вполне рабочий вариант. Кулинарные шедевры, приготовленные в комбинированном режиме «СВЧ + Гриль», получаются с хорошо пропеченной корочкой снаружи и сочными внутри.

Конвекция

Для режима «Конвекция» в камеру СВЧ-печи дополнительно устанавливают вентилятор, обеспечивающий принудительную вентиляцию горячего воздуха. В этом режиме блюдо гарантированно пропекается со всех сторон.

В режиме конвекции отлично удается запекать продукты (рагу, запеканки, тушеное мясо и т. д.), особенно хорошо выходит выпечка (пироги, безе, кексы и многое другое).

Важно помнить! Комбинированные режимы самые энергозатратные. Потребление электроэнергии может составить до 2,5 кВт*ч, поэтому следует удостовериться, что проводка выдержит такую нагрузку.

Магнетрон: устройство и принцип действия

Миллионы людей во всем мире ежедневно разогревают пищу в микроволновых печах, но при этом не задумываясь о том, как работает СВЧ-печь, а ведь это на самом деле интересно.
Кстати, первые микроволновые печи, вопреки расхожему мнению появились не в Германии, а в Америке. В Советском союзе они также выпускались с середины 80-х годов.

Как видно на рисунке, микроволновка устроено достаточно просто — в каждой модели есть дверца с защелками, лампа освещения камеры, поддон и тренога на которой вращается тарелка, панель управления и вентиляционные отверстия. А внутри агрегата скрывается конденсатор, трансформатор, волновод и самый главный элемент микроволновой печи — магнетрон. Вот об этом загадочном устройстве в этой статье мы поговорим подробнее.

Магнетрон — «сердце» микроволновой печи

Магнетрон переводится с греческого «магнит» и «электрон». Говоря простым языком, магнетрон — это мощная лампа, которая генерирует микроволны. Со школьного курса физики мы помним, что волна — это сочетание переменных магнитного и электрических полей. Любая пища содержит молекулы воды, а отрицательно и положительно заряженные частицы воды отлично проводят электричество, которое магнетрон преобразует в сверхчастотное электрическое поле, и греет пищу с помощью невидимых человеческому глазу волн.
Кстати, микроволны существуют и в природе — их испускает солнце.
Впервые термин появился почти 100 лет назад благодаря американскому ученому Асафу Холлу, но патент на изобретение магнетрона получил другой ученый только в 1924 году, и в дальнейшем ученые всего мира ломали головы как увеличить частоту колебания для генерации волн. Тут отлично сработали советские ученые, которые предложили использовать в его устройстве медь, что увеличило частоту колебаний вдвое.
С тех пор магнетрон успешно используется в радарах и радиолокационных приборах, и даже был очень полезен во времена Второй мировой войны. Но только через год после Победы магнетрон расплавил шоколад в кармане американского инженера, и именно таким случайным образом этот прибор начали использовать в быту, создав на его основе всем известную микроволновую печь. Правда первая в мире микроволновая печь весила более 300 кг и стоила 3 тысячи долларов.
 

Устройство магнетрона

Визуально магнетрон кажется не хитро устроенной деталью. Снаружи магнетрона возвышается колпачок антенны излучателя (№1 на рисунке). Внутри магнетрон состоит из двух кольцеобразных магнитов (№2), которые создают магнитное поле. Под №3 изображен радиатор, который избавляет устройство от излишков тепла. Под №4 — контакты, которые обеспечивают работу устройства. Изолятор (№5) защищает корпус от излучения, коробка фильтра (№6) защищает фильтр от внешнего воздействия. Корпус, изображенный под №7, делает устройство жестким, а значит, более защищенным. Сетка фильтра (№8) выполнена из медной проволоки, она не дает микроволнам покидать магнетрон, и обеспечивает контакт между магнетроном и печью. Изолятор (№9), соответственно изолирует устройство, а фланец, изображенный под №10 фиксирует магнетрон к корпусу печи.

Применение магнетрона в быту

Конечно магнетрон используемый для СВЧ-печей, работает несколько иначе, чем магнетрон в радиолокационных системах военных. И самое главное правило продления службы микроволновой печи — категорически нельзя включать пустую микроволновую печь. В противном случае может возникнуть искрение — микроволнам в таком случае некуда деться, и магнетрон может повредиться.
Скорость, при которой пища разогревается зависит исключительно от мощности магнетрона. Обычно она колеблется от 650 до 850 Вт. Чтобы проверить мощность, нужно закипятить в микроволновке стандартный стакан с водой, на это должно уйти от 2 до 3 минут.

Магнетрон распространяет радиацию?

Это один из самых распространенных мифов. В микроволновой печи попросту нет элементов, которые могут выделять радиацию, а микроволны заставляют молекулы усиленно «тереться», и за счет этого пища нагревается.
Микроволновых волн также не стоит бояться, хотя бы потому что любая микроволновая печь сконструирована так, чтобы защитить окружающих от них. Например, ни одна микроволновая печь не будет работать с открытой дверцей. В каком то количестве волны могут выходить наружу, но не дальше чем на расстояние 5 метров, а поэтому просто не стойте рядом с печью во время подогрева пищи. Питательные вещества из-за работы магнетрона также теряются не более, чем при любой другой термообработке.

Неисправности магнетронов

Магнетрон — это едва ли не главная деталь микроволновой печи, поэтому неудивительно, что когда он выходит из строя, хочется понять, подлежит запчасть ремонту или замене.
Сразу плохие новости — случаи поломки магнетрона, которые не подлежат ремонту. К ним относится обрыв нити накаливания, короткое замыкание, отсутствие генерации волн и нарушение вакуума.
Но бывают и такие неисправности магнетрона, которые можно устранить, например пробой конденсаторов, который определяется при выключенной внешней сети между магнетроном и корпусом с помощью тестера. Причиной такой поломки могут быть перепады напряжения в сети.
Также из-за того, что микроволновка долго работала «впустую» может заметно снизится мощность печи. В этом случае может помочь способ добавления напряжения на накал, если это позволяет конструкция вашей микроволновой печи.
Бывает, что в печи возникает СВЧ-разряд между антенной магнетрона и корпусом устройства. В такой ситуации нужно срочно заменить колпачок. Но учтите, что деталь должна быть идентичной сгоревшей.

Покупка магнетрона к СВЧ

Если магнетрон не подлежит ремонту, и вы решили его заменить, учтите, что он должен полностью соответствовать вышедшей из строя детали. Если вы собираетесь купить магнетрон самостоятельно, уточните его маркировку.
Кстати, при выборе магнетрона руководствуйтесь не столько маркой микроволновой печи, сколько мощностью детали.

В микроволновой печи скрывается мощное и опасное СВЧ оружие / Хабр

Добрый день, уважаемые хабровчане.

Этот пост будет про недокументированные функции микроволновой печи. Я покажу, сколько полезных вещей можно сделать, если использовать слегка доработанную микроволновку нестандартным образом.

В микроволновке находится генератор СВЧ волн огромной мощности

Мощность волн, которые используются в микроволновке, уже давно будоражит моё сознание. Её

магнетрон

(генератор СВЧ) выдаёт электромагнитные волны мощностью около 800 Вт и частотой 2450 МГц. Только представьте, одна микроволновка вырабатывает столько излучения, как 10 000 wi-fi роутеров, 5 000 мобильных телефонов или 30 базовых вышек мобильной связи! Для того, что бы эта мощь не вырвалась наружу в микроволновке используется двойной защитный экран из стали.

Вскрываю корпус

Сразу хочу предупредить, электромагнитное излучение СВЧ диапазона может нанести вред вашему здоровью, а высокое напряжение вызвать летальный исход. Но меня это не остановит.

Сняв крышку с микроволновки, можно увидеть большой трансформатор:

МОТ

. Он повышает напряжение сети с 220 вольт до 2000 вольт, что бы питать

магнетрон

.

В этом видеоролике я хочу показать, на что способно такое напряжение:

Антенна для магнетрона

Сняв

магнетрон

с микроволновки я понял, что включать просто так его нельзя. Излучение распространится от него во все стороны, поражая всё вокруг. Не долго думая я решил смастерить направленную антенну из кофейной банки. Вот схема:

Теперь всё излучение направленно в нужную сторону. На всякий случай я решил проверить эффективность этой антенны. Взял много маленьких неоновых лампочек и выложил их на плоскости. Когда я поднёс антенну с включенным магнетроном, то увидел, что лампочки загораются как раз там где нужно:

Необычные опыты

Сразу хочу отметить, СВЧ значительно сильнее влияет на технику, чем на людей и животных. Даже в 10 метрах от магнетрона, техника давала сильные сбои: телевизор и муз-центр издавали страшный рычащий звук, мобильный телефон вначале терял сеть, а потом и вовсе завис. Особо сильное влияние магнетрон оказывал на wi-fi. Когда я поднёс магнетрон близко к музыкальному центру, с него посыпались искры и к моему удивлению он взорвался! При детальном осмотре обнаружил, что в нём взорвался сетевой конденсатор. В этом видео я показываю процесс сборки антенны и влияние магнетрона на технику:

Используя не ионизирующее излучение магнетрона можно получить плазму. В лампе накаливания, поднесённой к магнетрону, зажигается ярко светящийся желтый шар, иногда с фиолетовым оттенком, как шаровая молния. Если вовремя не выключить магнетрон, то лампочка взорвётся. Даже обычная скрепка, под воздействием СВЧ превращается в антенну. На ней наводится ЭДС достаточной силы, что бы зажечь дугу и расплавить эту скрепку. Лампы дневного света и «экономки» зажигаются на достаточно большом расстоянии и светятся прямо в руках без проводов! А в неоновой лампе электромагнитные волны становятся видимыми:

Хочу вас успокоить, мои читатели, ни кто из моих соседей не пострадал от моих опытов. Все ближайшие соседи сбежали из города, как только в Луганске начались боевые действия.

Техника безопасности

Я настоятельно не рекомендую повторять описанные мною опыты потому, что при работе с СВЧ требуется соблюдать особые меры предосторожности. Все опыты выполнены исключительно с научной и ознакомительной целью. Вред СВЧ излучения для человека ещё не до конца изучен. Когда я близко подходил к рабочему магнетрону я чувствовал тепло, как от духовки. Только изнутри и как бы точечно, волнами. Больше ни какого вреда я не ощутил. Но всё же настоятельно не рекомендую направлять рабочий магнетрон на людей. Из-за термического воздействия может свернуться белок в глазах и образоваться тромб в крови. Так же ведутся споры о том, что такое излучение может вызвать онкологические и хронические заболевания.

Необычные применения магнетрона

1 — Выжигатель вредителей.

СВЧ волны эффективно убивают вредителей, и в деревянных постройках, и на лужайке для загара. У жучков под твёрдым панцирем есть влагосодержащее нутро (какая мерзость!). Волны его в миг превращают в пар, при этом не причиняя вреда дереву. Я пробовал убивать вредителей на живом дереве (тлю, плодожорок), тоже эффективно, но важно не передержать потому, что дерево тоже нагревается, но не так сильно.

2 — Плавка металла.

Мощности магнетрона вполне хватает для плавки цветных металлов. Только нужно использовать хорошую термоизоляцию.

3 — Сушка.

Можно сушить крупы, зерно и т. п. Преимущество этого метода в стерилизации, убиваются вредители и бактерии.

4 — Зачистка от прослушки.

Если обработать магнетроном комнату, то можно убить в ней всю нежелательную электронику: скрытые видеокамеры, электронные жучки, радиомикрофоны, GPS слежение, скрытые чипы и тому подобное.

5 — Глушилка.

С помощью магнетрона легко можно успокоить даже самого шумного соседа! СВЧ пробивает до двух стен и «успокаивает» любую звуковую технику.

Это далеко не все возможные применения испытанные мной. Эксперименты продолжаются и вскоре я напишу ещё более необычный пост. Всё же хочу отметить, что использовать так микроволновку опасно! Поэтому лучше так делать в случаях крайней необходимости и при соблюдении правил безопасности при работе с СВЧ.

На этом у меня всё, соблюдайте осторожность при работе с высоким напряжением и микроволнами.

Как работают микроволновые печи?

Ярослав Моравчик / Shutterstock

Микроволновые печи невероятно быстро готовят пищу, разогревая охлажденные остатки за считанные минуты или меньше. Но как работает это великое изобретение?

Здесь мы исследуем науку, лежащую в основе одной из самых революционных бытовых приборов 20-го века.

Микроволны — это форма энергии

Микроволны — это электромагнитные волны, которые летают в космосе со скоростью света. Мы не видим микроволны, но если бы вы могли, вы бы увидели, как микроволновая варочная камера загорается интенсивным светом.

Микроволны короче радиоволн, но длиннее инфракрасного излучения. По словам Луи Блумфилда, профессора физики в Университете Вирджинии, длина микроволновой печи, используемой для приготовления пищи, составляет около 12 сантиметров от гребня до гребня. На этой длине волны микроволны легко поглощаются большинством пищевых продуктов. Но частицы в микроволнах, известные как фотоны, не обладают достаточной энергией, чтобы повредить молекулы и вызвать рак, такой как ультрафиолетовые или рентгеновские лучи.

Микроволны зажаты между радиоволнами и инфракрасным светом в электромагнитном спектре.Микроволны, используемые для приготовления пищи, составляют около 12 сантиметров, то есть немного шире, чем диаметр бейсбольного мяча. Wikimedia Commons

Микроволновая печь

Компонент, называемый магнетроном, генерирует микроволны из электричества внутри микроволновой печи. Для питания магнетрона трансформатор преобразует стандартную бытовую электроэнергию из настенной розетки с напряжением 120 вольт примерно в 4000 вольт или выше. Напряжение нагревает нить в центре магнетрона, выкипая электронами.

Электроны испускаются при нагревании нити накала.инженер Электроны устремились бы по прямой линии к аноду или положительному выводу, который окружает нить, но два кольцевых магнита выше и ниже анода изгибают электроны обратно к нити, и они летают по круговой траектории. Магниты изгибают электроны обратно к нити накала по изогнутой траектории. инженер Микроволны создаются, когда электроны проходят мимо полостей или отверстий в аноде. Полости в кольцеобразном аноде создают микроволновый «свист», когда электроны проходят мимо.инженер «Это похоже на дуновение через стеклянную бутылку», — говорит Боб Шиффманн, президент Международного института микроволновой энергии. Но вместо звукового свиста генерируются колебательные волны определенной частоты, обычно 2,45 гигагерца. Микроволны передаются в камеру для приготовления пищи антенной, где они отражаются вокруг, в конечном итоге проникая в пищу. Дэн Иззо / YouTube Дверца микроволновой печи содержит металлическую сетку, которая отражает микроволны, как зеркало, и предохраняет их от утечки.Отверстия в сетке слишком малы, чтобы микроволны не могли проникнуть через них, но достаточно большие, чтобы пропускать видимый свет, поэтому мы можем видеть, что готовится внутри.

В большинстве микроволновых печей есть стеклянный поворотный поднос, который перемещает пищу, как карусель, так что она нагревается равномерно. Если бы продукты не переворачивались, части вашей еды застряли бы в горячих и холодных точках микроволновой печи.

Майк Нудельман / Business Insider

Как приготовить еду в микроволновой печи

Когда вы нажимаете кнопку пуска, «обычно требуется около 2 секунд, чтобы нагреть нить внутри магнетронной трубки», — говорит Шиффманн. Затем микроволны попадают в отделение для продуктов.

Обычно используемая частота микроволн, 2,45 гигагерца, легко поглощается водой, жиром и сахаром. Как говорит Блумфилд: «Волны имеют правильную частоту, чтобы проникать глубоко в пищу, и они передают мощность приготовления пищи в первую очередь за счет содержания воды в пище. Безводные твердые частицы почти не поглощают микроволны». Вот почему контейнеры, пригодные для использования в микроволновой печи, не нагреваются так сильно, как еда внутри них.

Микроволны нагревают пищу, например чашку кофе или ломтик лазаньи, путем вращения молекул воды вперед и назад.Молекулы воды заряжены положительно с одного конца и отрицательно с другого. По словам Блумфилда, единственная молекула воды похожа на голову Микки Мауса. Вы можете представить отрицательно заряженный атом кислорода как лицо Микки, а два меньших положительно заряженных атома водорода — как уши Микки.

Положительно заряженный конец молекулы воды пытается выровняться с электрическим полем микроволн, в то время как отрицательно заряженный конец указывает в другую сторону. Но из-за того, что поле меняет направление 2,5 миллиарда раз в секунду, уши и лицо Микки быстро перекручиваются взад и вперед.

Когда молекулы вращаются вперед и назад, они трутся друг о друга. Это создает трение, которое производит тепло.

Одна молекула воды имеет отрицательный и положительный заряд на обоих концах.инженер По словам Шиффманна, микроволновая печь готовит пищу намного быстрее, чем обычная духовка, потому что она нагревает пищу как внутри, так и снаружи одновременно. Обычная духовка или сковорода сначала нагревает поверхность продукта, а тепло постепенно перемещается к центру. Поскольку воздух внутри микроволновой печи имеет комнатную температуру, продукты не становятся коричневыми или хрустящими, как при других способах приготовления.

Мыльная наука: как микроволны влияют на материю

Ключевые концепции
Микроволновое излучение
Тепло
Химическая полярность
Вращение диполя

Введение
Вы когда-нибудь задумывались, как микроволновая печь готовит еду? Микроволновая печь использует — как вы уже догадались! — микроволны, разновидность высокочастотного электромагнитного излучения. Подумайте о радиоволнах, только с гораздо более короткой длиной волны. В микроволнах замечательно то, что они поглощаются определенными видами материи, тогда как другие виды остаются в покое.В этом упражнении мы попробуем приготовить пенистое мыло, чтобы проиллюстрировать, как микроволновое излучение влияет на различные типы материи.

Фон
Мыло — это удобная комбинация химических веществ, которые делают очень крутые вещи, когда вы их используете. Молекулы мыла имеют как полярную, так и неполярную часть. Что такое полярность? Молекула описывается как полярная , когда она имеет две или более областей с разными электрическими зарядами. Прекрасным примером является молекула воды: у нее отрицательный полюс, созданный отрицательным зарядом атома кислорода, и положительный полюс, созданный положительными зарядами двух атомов водорода.* Имея полярную и неполярную части, мыло может связываться как с водой, так и с грязью. Вот что делает его таким эффективным очищающим средством!

Микроволновые печи работают, заставляя молекулы с двумя противоположными полюсами быстро вращаться. Из-за своей полярности молекулы, такие как вода, постоянно выравниваются с магнитным полем, которому они подвергаются. Микроволновое излучение создает колеблющееся магнитное поле — это означает, что поле постоянно меняет свою ориентацию (направление положительного и отрицательного зарядов).Эти сдвиги заставляют полярные молекулы, такие как вода, вращаться, пытаясь успевать за изменяющимися зарядами. Когда молекулы вращаются, они выделяют тепло. Этот процесс известен как вращение диполя. («Диполь» просто означает «имеющий два полюса».)

Вы когда-нибудь использовали микроволновую печь для кипячения воды и задавались вопросом, почему воздух в микроволновой печи не нагревается, как воздух в обычной духовке? Микроволновое излучение заставляет молекулы воды сходить с ума, но сам воздух напрямую не нагревается, потому что его молекулы не так полярны, как молекулы, из которых состоит вода. Эта справка объясняет, почему нельзя сделать хрустящую корочку пирога в микроволновой печи *, но зато легко сжечь дотла в обычной духовке! Полярность также объясняет, почему многие пластмассы, стекло и керамика считаются «безопасными для микроволнового излучения» — их молекулы в этих веществах не очень полярны, поэтому они не так сильно нарушаются смещением магнитных полей.

Материалы
• Один кусок мыла марки Ivory
• Одно мыло Dial
• Две бумажные тарелки
• Микроволновая печь

Препарат
• Запишите вес каждого куска мыла, который должен быть написан на упаковке.
• Разверните каждый столбик.
• Поместите каждую тарелку на бумажную тарелку, отмечая, какая из них какая.

Процедура
• Разогревайте мыло цвета слоновой кости в микроволновой печи в течение двух минут, внимательно наблюдая за ним все время. Что происходит с мылом? Как вы думаете, почему это могло произойти?
• Достаньте тарелку с мылом из микроволновой печи. Будьте осторожны, так как он может быть горячим.
• Поставьте мыло Dial в микроволновую печь на две минуты, внимательно наблюдая. Это мыло реагирует иначе, чем первое? Как вы думаете, почему это могло быть?
• Опять же, будьте осторожны при снятии нагретой пластины.
• Extra: Перед приготовлением в микроволновой печи взвесьте каждый кусок мыла. Что тяжелее? Если один из них тяжелее другого, как вы думаете, чем объясняется эта разница, кроме размера? Как вы думаете, это может помочь объяснить то, что мы видели, когда «готовили» куски мыла в микроволновой печи?

Наблюдения и результаты
Мыло Ivory должно было произвести впечатляющее количество пены по сравнению с Dial. В слоновой кости есть тысячи крошечных воздушных карманов — поэтому он должен был весить меньше! Эти воздушные карманы расширяются при нагревании, создавая мыльные пузыри, из которых состоит наша пена.

Но что вообще заставило воздух стать таким горячим? Как мы уже говорили, микроволновые печи довольно плохо нагревают воздух. Но часть наших молекул мыла полярны, поэтому микроволновое излучение заставляет эти молекулы вращаться и накапливать кинетическую энергию, которая создает тепло. Полученное тепло передавалось от плавящегося мыла к воздушным карманам, заставляя карманы расширяться и образовывать впечатляющую пену.

Больше для изучения:
Пенное мыло, от Education.com
Microwave Madness, с сайта Education.com
Exploding Marshmallows, с сайта Education.com
Chemical Polarity, из Wikipedia

Это действие предоставлено вам в сотрудничестве с Education.com

* Примечание редактора (30 мая 2013 г.): Эти предложения были отредактированы после публикации либо для исправления
или уточнить исходное содержание.

Принцип работы микроволновой печи: 6 основных элементов |

Благодаря микроволновой печи можно быстро и легко разогреть любую посуду. Микроволновая печь (микроволновая печь) сейчас очень популярна, это самый популярный кухонный прибор. С помощью микроволновой печи можно не только разогреть или приготовить пищу, но и разморозить продукты и даже продезинфицировать некоторые кухонные принадлежности, не содержащие металла. Это устройство сегодня стало вполне обычным.

Микроволновая печь: основные конструктивные элементы

Микроволновая печь — это бытовой электроприбор, который в основном используется для приготовления или разогрева пищи в быстром режиме. Используйте микроволновые печи и некоторые производства, где вам нужно нагреть необходимые материалы.

Микроволновая печь, несмотря на небольшие размеры, состоит из множества деталей

В отличие от обычных печей, нагрев различных продуктов в этом устройстве происходит довольно быстро, так как радиоволны способны проникать глубоко в продукты.Это резко снижает нагрев любого продукта и способствует сохранению в нем всех полезных веществ.

Устройство всех микроволновых печей состоит, как правило, из одинаковых компонентов. В конструкции микроволновых печей есть основные и вспомогательные элементы. Внешний вид этих устройств может быть самым разнообразным. Размеры, цвета и функции могут отличаться, для каждой отдельной духовки они могут отличаться.

Устройство СВЧ:

• Камера с вращающимся подиумом;
• Магнетрон, основной элемент — СВЧ излучатель;
• Трансформатор;
• Металлический корпус с дверцей, которая блокируется при работе устройства;
• Схема управления и коммуникаций;
• Волновод.

Также внутри микроволновая печь должна быть оборудована вентилятором. Его предназначение очень велико, так как без него само устройство работать не будет. Такое устройство обеспечивает отличную работу магнетрона и охлаждает электронные схемы.

Как работает микроволновка: ее разновидности

Работа микроволновой печи очень проста, в ее основе лежит микроволновое излучение. Сердцем каждой микроволны является такой элемент, как магнетрон. Он источник радиации. Частота микроволн составляет примерно 2450 МГц, а мощность современных микроволновых печей может составлять 700 — 1000 Вт.Есть такая плита от электричества.

Микроволновая печь разогревает блюдо равномерно со всех сторон

Чтобы магнетрон хорошо работал и не перегревался, рядом с ним установлен вентилятор. Он также занимается циркуляцией воздуха внутри духовки и помогает равномерно нагревать пищу или пищу.

Микроволны попадают в печь по волноводу, а затем металлические стенки отражают то самое магнитное излучение. Радиация, глубоко проникая в продукты, заставляет их молекулы двигаться очень быстро.Эти действия способствуют трению, в результате чего выделяется тепло (физика присутствует). Он теплый и согреет пищу.

Виды электроприборов:

• С решеткой;
• Печь с конвекцией;
• Устройство с инверторным управлением;
• Устройство с равномерно распределенными микроволнами;
• Мини-микроволновка.

Главное достоинство всех микроволновок — это дизайн. На рынке представлен огромный выбор устройств, можно выбрать как модель стильная, так и эргономичная.Описание этих моделей позволит вам выбрать понравившуюся модель, которая станет не просто украшением кухни, а ее изюминкой. Примером может служить микроволновая печь фирмы Samsung.

Блок управления: принцип работы СВЧ

В каждой микроволновке есть такой важный элемент, как блок управления. Он, в свою очередь, выполняет две основные функции: поддерживает установленную мощность и выключает устройство по истечении установленного времени. На сегодняшний день в технике разработан новый вид этого элемента — электронный.

Сегодня электронный блок может поддерживать не только свои основные функции, но и некоторые дополнительные. Некоторые из них нужны, а другие совсем не нужны. Многие современные модели имеют решетку, они же управляют блоком управления.

Среди достоинств СВЧ-печи стоит отметить небольшую цену и долгий срок службы

.

На сегодняшний день командный блок оснащен различными микропроцессорами, которые, в свою очередь, поддерживают функциональность других программ.Следовательно, блок питания и может отвечать за работу дополнительных функций.

Дополнительные сервисные функции:

• Часы встроенные;
• Индикатор питания;
• Автоматическое размораживание;
• Звуковой сигнал, определяющий завершенную операцию.

Электронный блок тесно связан с панелью дисплея и клавиатурой. Самая важная часть такого блока — это релейный блок. Он отвечает за работу вентилятора, конвектора, встроенной лампы и даже магнетрона.

Микроволновая частота: магнетрон и его компоненты

Принцип работы микроволновой печи заключается в том, что при включении магнетрона магнетрон начинает выделять энергию, а затем она преобразуется в тепло. Это тепло используется для нагрева пищи. Магнетрон переводится как электровакуумный диод, состоящий из медного анода. Это самая дорогая часть духовки.

Нагревание пищи, находящейся внутри микроволновой печи, происходит под действием электромагнитного излучения, то есть радиоволн сверхвысокой частоты.Благодаря тому, что радиоволны проникают глубоко в нагретый продукт, он нагревается очень быстро и эффективно.

Если магнетрон сломан, то без соответствующего опыта починить довольно сложно

Расшифровка магнетрона — это устройство, которое выделяет огромное количество тепла из-за частоты излучения. Частота излучения 2,4 ГГц. КПД магнетрона составляет 80%, а потребляемая мощность печи этого типа с излучением может составлять 1100 Вт.

Устройство магнетрона состоит из следующих частей:

• Цилиндрический анод является его основанием, состоящим из 10 секторов, каждый из которых изготовлен из меди;
• В центре катод с нитью накала;
• Торцевые части заняты магнитами, они создают необходимое магнитное поле для излучения;
• Принесена антенна, излучающая энергию, проволочная петля.

С помощью излучающей антенны энергия сначала передается в волновод, а затем в камеру печи.Напряжение, которое идет на анод, составляет 4 тыс. Вт, накала — 3 тыс. Вт. Корпус магнетрона расположен в радиаторе из пластика, где встроенный вентилятор обдувает его воздухом, а за его перегрев отвечает специальный предохранитель.

Устройство и работа микроволновой печи (видео)

В переводе с английского это выражение «Микроволновая печь» можно расшифровать как микроволновую печь. Эта конструкция представляет собой бытовой прибор, работающий от электричества и отличающийся тем, что он очень быстро размораживает или подогревает продукты.Это связано с микроволновым излучением.

Как работают микроволновые печи — Советы по безопасности на кухне

Я использую микроволновую печь почти каждый день, в основном для разогрева остатков еды, подогрева утреннего кофе и «варки» овощей. Поскольку, по данным Бюро статистики труда США, более чем в 90 процентах домов в этой стране есть такой прибор, я решил, что он повсеместно считается безопасным; поэтому я был застигнут врасплох, когда рецепт, который я опубликовал в сети, вызвал ряд страстных комментариев против микроволновки.

Быстрый поиск в Интернете «опасностей, связанных с микроволновым излучением» выявил несколько поразительных заявлений и опасений. Есть вопросы об утечке радиации, аргументы в пользу того, что приготовление в микроволновой печи «насильственно» разрывает молекулы пищи, делая их лишенными питательных веществ, и серьезные предупреждения о том, что кристаллы льда из воды, обработанной в микроволновой печи, имеют форму, аналогичную форме кристаллов из воды, которая неоднократно подвергалась воздействию слова «сатана». . » (Вы просто не можете придумать это.)

Хотя концепция дьявольской воды немного, ммм, надумана, в некоторых других утверждениях цитируются, казалось бы, достоверные источники, поэтому я решил исследовать.

Как работают микроволны?

Микроволновая печь содержит электронную трубку, называемую магнетроном, которая производит электромагнитное излучение с длиной волны немного короче («микро»), чем у обычной радиоволны. Эти волны заставляют молекулы воды в пище вибрировать, что в конечном итоге производит тепло, необходимое для приготовления пищи. Вот почему ингредиенты с высоким содержанием воды, например овощи, очень быстро готовятся в микроволновой печи.

Это распространенный миф о том, что микроволновая печь готовит изнутри.На самом деле их волны на самом деле не очень хорошо проникают в продукты, поэтому у более толстых продуктов появляются холодные точки, и им нужно дать им отдохнуть после микроволновки, чтобы тепло рассеивалось для равномерного приготовления.

Испускают ли они радиацию?

Микроволны действительно пропускают немного радиации, но, прежде чем паниковать, читайте дальше. Для сравнения: ваш ноутбук, беспроводной телефон и мобильный телефон тоже излучают электромагнитное излучение.

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов установило строгие ограничения на количество, которое может вытечь из микроволновой печи в течение всего срока ее службы, и оно намного ниже количества, которое, как известно, может причинить вред людям.Частью требования является то, что бытовые приборы были построены с системами двойной «блокировки», которые останавливают производство микроволн, как только открывается защелка.

Уровень нормальной экспозиции также резко падает по мере того, как вы отходите от духовки, поэтому, чтобы быть предельно осторожными, просто стойте подальше от нее, пока она включена. Микроволны включаются и выключаются, как лампочка: когда они выключены, волны не излучаются, и микроволновая энергия не может задерживаться в духовке или в еде.

Хотя явных доказательств причинения вреда нет, многие люди обеспокоены тем, что низкие уровни электромагнитного излучения могут влиять на здоровье человека в течение длительного времени.Это, безусловно, то, что необходимо изучить. Дело в том, что если учесть постоянное и кумулятивное облучение от всех ваших устройств с поддержкой Wi-Fi и множества других источников излучения, которые есть у нас вокруг, случайное приготовление некоторых остатков в микроволновой печи кажется наименьшей проблемой, если она вообще есть. .

Как микроволновая печь влияет на питание?

Приготовление в микроволновой печи — один из самых полезных для здоровья способов приготовления овощей, поскольку он готовится быстро и без большого количества воды, как при приготовлении на пару.Это подтверждают многочисленные исследования, в том числе исследование 2010 года, опубликованное в Журнале сельского хозяйства и пищевой химии, которое определило, что микроволновая печь является лучшим методом приготовления для поддержания цвета и борьбы с раком фитохимических веществ в брюссельской капусте.

Одно исследование, которое возникло во многих Интернет-аргументах против микроволнового излучения, было проведено в 2003 году, когда испанские исследователи пришли к выводу, что при приготовлении в микроволновой печи брокколи уничтожает почти все ее флавоноиды (соединения, подобные антиоксидантам). Проблема в том, что исследователи долго готовили брокколи в миске с водой.Это сделало его более похожим на кипячение, которое приводит к аналогичной потере питательных веществ.

Чтобы «запарить» овощ в микроволновой печи (один из моих любимых приемов), просто вымойте его и промокните насухо, поместите в миску, подходящую для использования в микроволновой печи, плотно накройте и поставьте в микроволновую печь на то же время, что и вы. готовьте на пару — например, четыре минуты для нарезанной головки брокколи. Результат будет ярко-зеленым, свежим и богатым питательными веществами.

Безопасно ли нагревать в пластиковых контейнерах?

Емкости для еды, подносы из пенопласта или любые пластиковые пакеты для хранения или продуктовые пакеты, не предназначенные специально для использования в микроволновой печи, могут плавиться и попадать в пищу.Поэтому используйте пластиковые контейнеры только в том случае, если они четко обозначены как безопасные для микроволновой печи. Лучше всего искать этикетку и на бумажных тарелках.

Толстое стекло без декоративных элементов, вощеная бумага, пергаментная бумага и белые (неокрашенные) бумажные полотенца прекрасно подходят для использования в микроволновой печи.

Итог

Приготовление в микроволновой печи — полезный и удобный способ готовки. Просто убедитесь, что ваш прибор в хорошем состоянии, и используйте контейнер, пригодный для использования в микроволновой печи. Самый большой риск для здоровья, вероятно, связан с продуктами, которые вы выбираете для микроволновой печи.Вместо того, чтобы использовать его для разогрева сверхпереработанных соленых блюд и закусок, попробуйте его с более полезными для здоровья продуктами, такими как свежие овощи.

Кригер — диетолог, диетолог и автор. Она ведет блог и выпускает информационный бюллетень раз в две недели на сайте www.elliekrieger.com. Она также пишет еженедельные рецепты Nourish в разделе Food The Washington Post.

Микроволновая печь | Pop Culture Wiki

Микроволновая печь , часто сокращенно микроволновая печь , представляет собой кухонный прибор, который нагревает пищу, бомбардируя ее электромагнитным излучением в микроволновом спектре, заставляя поляризованные молекулы в пище вращаться и накапливать тепловую энергию в процесс, известный как диэлектрический нагрев.Микроволновые печи нагревают пищу быстро и эффективно, поскольку возбуждение довольно равномерно на внешних 25–38 мм плотного (с высоким содержанием воды) продукта питания; пища нагревается более равномерно (за исключением толстых и плотных предметов), чем это обычно происходит при других методах приготовления.

Перси Спенсер изобрел первую микроволновую печь после Второй мировой войны с помощью радиолокационной технологии, разработанной во время войны. Названный «Radarange», он был впервые продан в 1946 году. Позже Raytheon лицензировал свои патенты на микроволновую печь для домашнего использования, которая была впервые представлена ​​Tappan в 1955 году, но эти устройства все еще были слишком большими и дорогими для обычного домашнего использования.Приставная микроволновая печь была впервые представлена ​​в 1967 году корпорацией Amana Corporation, которая была приобретена в 1965 году компанией Raytheon.

Микроволновые печи популярны для разогрева ранее приготовленных продуктов и приготовления овощей. Они также полезны для быстрого разогрева медленно приготовленных продуктов, таких как горячее масло, жиры и шоколад. В отличие от обычных духовок, микроволновые печи обычно не подрумянивают или не карамелизируют пищу, так как они редко достигают температуры, необходимой для реакции Майяра.Исключения случаются в редких случаях, когда духовка используется для нагрева масла для жарки и других очень маслянистых продуктов (например, бекона), которые достигают гораздо более высоких температур, чем кипящая вода. Температуры кипения продуктов с высоким содержанием воды отводят микроволновой печи ограниченную роль в профессиональной кулинарии, ^[1] , поскольку это обычно делает их непригодными для достижения кулинарных эффектов, когда ароматы, создаваемые более высокими температурами жарки, подрумянивание или запекание. Однако дополнительные источники тепла могут быть добавлены в микроволновые печи или в комбинированные микроволновые печи для получения этих других эффектов нагрева, а микроволновое нагревание может сократить общее время, необходимое для приготовления таких блюд.Некоторые современные микроволновые печи могут быть частью сверхмощного блока со встроенными вытяжками.

Содержание []

[скрыть] * 1 История

История []

[1] Микроволновые печи, несколько из 80-х годов === Ранние теории ===

Исследователи предложили использовать высокочастотные электрические поля для нагрева диэлектрических материалов в 1934 году. В заявке на патент США 1937 года, поданной Bell Laboratories, а также в Канаде, говорится: ^[2]

«Это изобретение относится к системам нагрева диэлектрических материалов, и цель изобретения состоит в том, чтобы нагревать такие материалы равномерно и по существу одновременно по всей их массе…. Поэтому было предложено нагревать такие материалы одновременно по всей их массе за счет диэлектрических потерь, возникающих в них, когда они подвергаются воздействию высокого напряжения и высокочастотного поля ».

Однако низкочастотный диэлектрический нагрев, как описано в вышеупомянутом патенте, является (как и индукционный нагрев) эффектом электромагнитного нагрева, результатом так называемых эффектов ближнего поля, которые существуют в электромагнитной полости, которая мала по сравнению с длиной волны. электромагнитного поля.В этом патенте предлагается радиочастотный нагрев от 10 до 20 мегагерц (длина волны от 15 до 30 метров). ^[3] Нагрев от микроволн, длина волны которых мала по сравнению с резонатором (как в современной микроволновой печи), происходит из-за эффектов «дальнего поля», которые возникают из-за классического электромагнитного излучения, описывающего свободно распространяющийся свет и микроволны. достаточно далеко от их источника. Тем не менее, первичный нагревательный эффект всех типов электромагнитных полей как на радиочастотах, так и на микроволновых частотах происходит через эффект диэлектрического нагрева, поскольку на поляризованные молекулы действует быстро меняющееся электрическое поле.

Полостной магнетрон []

[2] Резонаторный магнетрон, разработанный Джоном Рэндаллом и Гарри Бутом в 1940 году в Бирмингемском университете.

Именно с изобретением магнетрона резонатора стало возможным получение электромагнитных волн достаточно малой длины (микроволн). Магнетрон изначально был решающим компонентом в разработке коротковолновых радаров во время Второй мировой войны.

В 1937–1940 годах британский физик сэр Джон Тертон Рэндалл, FRSE, вместе с группой британских сотрудников построил многорезонаторный магнетрон для британских и американских военных радарных установок во время Второй мировой войны. ^[4]

Требовался более мощный микроволновый генератор, работающий на более коротких длинах волн, и в 1940 году в Бирмингемском университете Джон Рэндалл и Гарри Бут создали рабочий прототип. ^[5]

Сэр Генри Тизард отправился в США, чтобы предложить им магнетрон в обмен на их финансовую и промышленную помощь (см. Миссия Тизарда). Ранняя версия мощностью 6 кВт, построенная в Англии исследовательскими лабораториями компании General Electric в Уэмбли, Лондон, была передана в U.Правительство С. в сентябре 1940 года. Raytheon была одной из компаний, получивших контракт на серийное производство магнетрона.

Открытие []

В 1945 году особый нагревательный эффект мощного микроволнового луча был случайно обнаружен Перси Спенсером, американским инженером-самоучкой из Хауленда, штат Мэн. В то время, когда он работал в Raytheon, он заметил, что микроволны от активного радара, над которым он работал, начали плавить шоколадный батончик, который был у него в кармане. Первым блюдом, специально приготовленным в микроволновой печи Спенсера, был попкорн, а вторым — яйцо, которое взорвалось на глазах у одного из экспериментаторов. ^{[6] [7]} Чтобы проверить свое открытие, Спенсер создал электромагнитное поле высокой плотности, подавая микроволновую энергию из магнетрона в металлический ящик, из которого у него не было выхода. Когда пищу помещали в коробку с микроволновой печью, температура пищи быстро повышалась.

8 октября 1945 года ^[8] Raytheon подала заявку на патент США на процесс приготовления в микроволновой печи Спенсера, и печь, которая нагревала пищу с помощью микроволновой энергии от магнетрона, вскоре была помещена в ресторан Бостона для тестирования.Впервые общественность смогла воспользоваться микроволновой печью в январе 1947 года, когда торговый автомат Speedy Weeny был установлен на Центральном вокзале Гранд-Сентрал, чтобы продавать «горячие вкусные» хот-доги. Среди тех, кто входил в команду разработчиков, был пионер робототехники Джордж Девол, который провел последнюю часть войны, разрабатывая радиолокационные средства противодействия.

Коммерческая доступность []

[3] Raytheon RadaRange на борту грузового корабля с атомным двигателем NS Savannah , установленного примерно в 1961 г.

В 1947 г. компания Raytheon построила «Radarange», первую коммерчески доступную микроволновую печь. ^[9] Он был почти 1,8 метра (5 футов 11 дюймов) в высоту, весил 340 килограммов (750 фунтов) и стоил около 5000 долларов США (52 809 долларов в сегодняшних долларах) каждый. Он потреблял 3 киловатта, примерно в три раза больше, чем сегодняшние микроволновые печи, и имел водяное охлаждение. Ранний Radarange был установлен (и остается) на камбузе пассажирского / грузового судна с ядерной установкой NS Savannah . Ранняя коммерческая модель, представленная в 1954 году, потребляла 1,6 киловатт и продавалась по цене от 2 000 до 3 000 долларов США (от 18 000 до 26 000 долларов в сегодняшних долларах).Компания Raytheon передала лицензию на свою технологию компании Tappan Stove из Мэнсфилда, штат Огайо, в 1952 году. ^[10] В 1955 году они попытались продать большой настенный блок на 220 В в качестве домашней микроволновой печи по цене 1295 долларов США (11 401 доллар в сегодняшних долларах). но он не продавался хорошо. В 1965 году компания Raytheon приобрела компанию Amana. В 1967 году они представили первую популярную домашнюю модель, столешницу Radarange, по цене 495 долларов США (3501 доллар в сегодняшних долларах).

В 1960-х годах ^{[ указать ]} Литтон купил активы компании «Студебеккер» во Франклине, которые производили магнетроны, а также строили и продавали микроволновые печи, подобные Radarange.Затем Литтон разработал новую конфигурацию микроволн: укороченная широкая форма, которая сейчас является обычным явлением. Подача магнетрона также была уникальной. В результате получилась печь, которая могла выдержать состояние холостого хода: пустая микроволновая печь, в которой нечему поглощать микроволны. Новая печь была продемонстрирована на торговой выставке в Чикаго, ^{[ цитата: ]} , и помогла начать быстрый рост рынка домашних микроволновых печей. Объем продаж 40 000 единиц для промышленности США в 1970 году вырос до одного миллиона к 1975 году.Проникновение на рынок в Японии было быстрее из-за модернизированного магнетрона, позволившего использовать менее дорогие устройства. К рынку присоединились еще несколько компаний, и какое-то время большинство систем создавалось оборонными подрядчиками, которые были наиболее знакомы с магнетроном. Литтон был особенно известен в ресторанном бизнесе.

К концу 1970-х годов технология усовершенствовалась до точки, при которой цены быстро падали. Часто называемые «электронными духовками» в 1960-х годах, название «микроволновые печи» позже стало стандартизированным, и теперь часто их неофициально называют просто «микроволновые печи».

Ранее использовавшиеся только в крупных промышленных предприятиях, микроволновые печи все чаще становились стандартным приспособлением для жилых кухонь. К 1986 году примерно 25% домашних хозяйств в США имели микроволновые печи, по сравнению с примерно 1% в 1971 году. ^[11] Бюро статистики труда США сообщило, что более 90% американских домашних хозяйств имели микроволновые печи в 1997 году. . ^{[11] [12]}

Принципы []

Дополнительные сведения по этой теме см. В разделе «Диэлектрический нагрев».[4] Современная микроволновая печь

Микроволновая печь нагревает пищу, пропуская через нее микроволновое излучение. Микроволны — это форма неионизирующего электромагнитного излучения с частотой выше, чем обычные радиоволны, но ниже, чем у инфракрасного света. Микроволновые печи используют частоты в одном из диапазонов ISM (промышленных, научных, медицинских), которые зарезервированы для этого использования, поэтому они не создают помех другим жизненно важным радиослужбам. В бытовых духовках обычно используется частота 2,45 гигагерца (ГГц) — длина волны 12.2 сантиметра (4,80 дюйма) — в то время как в больших промышленных / коммерческих печах часто используется частота 915 мегагерц (МГц) — 32,8 см (12,9 дюйма). ^[13] Вода, жир и другие вещества в пище поглощают энергию микроволн в процессе, называемом диэлектрическим нагревом. Многие молекулы (например, молекулы воды) являются электрическими диполями, что означает, что у них есть частичный положительный заряд на одном конце и частичный отрицательный заряд на другом, и поэтому они вращаются, пытаясь выровняться с переменным электрическим полем микроволн. .Вращающиеся молекулы сталкиваются с другими молекулами и приводят их в движение, таким образом рассеивая энергию. Эта энергия, когда она рассеивается в виде молекулярных колебаний в твердых телах и жидкостях (то есть как потенциальная энергия, так и кинетическая энергия атомов), является теплом. Иногда микроволновое нагревание объясняют как резонанс молекул воды, но это неверно; ^[14] такие резонансы возникают только на частотах выше 1 терагерц (ТГц). ^[15]

Микроволновый нагрев более эффективен для жидкой воды, чем для замороженной воды, где движение молекул более ограничено.Диэлектрический нагрев жидкой воды также зависит от температуры: при 0 ° C диэлектрические потери максимальны при частоте поля около 10 ГГц, а для более высоких температур воды — при более высоких частотах поля. ^[16]

По сравнению с жидкой водой, микроволновое нагревание менее эффективно для жиров и сахаров (которые имеют меньший молекулярный дипольный момент). ^[17] Сахар и триглицериды (жиры и масла) поглощают микроволны из-за дипольных моментов их гидроксильных или сложноэфирных групп.Однако из-за более низкой удельной теплоемкости жиров и масел и их более высокой температуры испарения они часто достигают гораздо более высоких температур внутри микроволновых печей. ^[16] Это может вызвать повышение температуры в масле или очень жирных продуктах, таких как бекон, намного выше точки кипения воды и достаточно высокой, чтобы вызвать некоторые реакции потемнения, как при обычном жарении (Великобритания: гриль) или жарке во фритюре. . Продукты с высоким содержанием воды и небольшим количеством масла редко превышают температуру кипения воды.

Микроволновый нагрев может вызывать локальные тепловые выбросы в некоторых материалах с низкой теплопроводностью, у которых также есть диэлектрическая проницаемость, увеличивающаяся с температурой. Примером может служить стекло, которое при предварительном нагреве может проявлять термический разнос в микроволновой печи до точки плавления. ^[18] Кроме того, микроволны могут плавить определенные типы горных пород, производя небольшое количество синтетической лавы. ^{[ необходима ссылка ]} Некоторые керамические изделия также можно расплавить, и они могут даже стать прозрачными при охлаждении.Температурный разгон более характерен для электропроводящих жидкостей, таких как соленая вода.

Распространенное заблуждение состоит в том, что микроволновые печи готовят пищу «изнутри наружу», то есть из центра всей массы пищи наружу. Эта идея возникает из-за поведения при нагревании, наблюдаемого, если абсорбирующий слой воды лежит под менее абсорбирующим более сухим слоем на поверхности пищевого продукта; в этом случае тепловая энергия внутри пищевого продукта может быть больше, чем на его поверхности. Это также может происходить, если внутренний слой имеет более низкую теплоемкость, чем внешний слой, что приводит к достижению более высокой температуры, или даже если внутренний слой более теплопроводен, чем внешний слой, что делает его более горячим, несмотря на более низкую температуру.В большинстве случаев, однако, с единообразно структурированным или достаточно однородным продуктом питания микроволны поглощаются внешними слоями продукта на том же уровне, что и внутренние слои. В зависимости от содержания воды глубина первоначального отложения тепла может составлять несколько сантиметров или более в микроволновых печах, в отличие от жарки / гриля (инфракрасный) или конвекционного нагрева — методов, при которых тепло отводится на поверхности пищи тонким слоем. Глубина проникновения микроволн зависит от состава и частоты пищи, при этом более низкие частоты микроволн (более длинные волны) проникают дальше.

Невзирая на предыдущий абзац, внутренняя часть небольших продуктов питания может достигать более высокой температуры, чем поверхность, потому что внутренняя часть теплоизолирована от воздуха. Можно сжечь печенье изнутри, в то время как внешняя его часть не станет коричневой. ^{[необходима ссылка ]}

Эффективность нагрева []

Микроволновая печь преобразует только часть потребляемой электроэнергии в микроволновую энергию. Среднестатистическая микроволновая печь потребителя потребляет 1100 Вт электроэнергии при производстве 700 Вт мощности микроволн, КПД составляет 64%.Остальные 400 Вт рассеиваются в виде тепла, в основном в трубке магнетрона. Дополнительная мощность используется для управления лампами, силовым трансформатором переменного тока, охлаждающим вентилятором магнетрона, двигателем поворотного стола и цепями управления. Такое потраченное впустую тепло вместе с теплом от продукта, нагреваемого в микроволновой печи, выводится в виде теплого воздуха через вентиляционные отверстия.

Для приготовления или разогрева небольшого количества пищи микроволновая печь может потреблять меньше энергии, чем кухонная плита. Хотя микроволновые печи рекламируются как наиболее эффективные устройства, ^[19] экономия энергии в значительной степени связана с уменьшенной тепловой массой контейнера для пищевых продуктов. ^[20] Количество энергии, используемой для нагрева пищи, обычно невелико по сравнению с общим потреблением энергии в типичных жилых домах в Соединенных Штатах. ^{[необходима ссылка ]}

Дизайн []

[6] Магнетрон со снятой секцией (магнит не показан)

В состав СВЧ-печи входят:

• источник высокого напряжения, обычно простой трансформатор или электронный преобразователь мощности, который передает энергию магнетрону
• высоковольтный конденсатор, подключенный к магнетрону, трансформатору и через диод к шасси
• магнетрон с резонатором, который преобразует электрическую энергию высокого напряжения в микроволновое излучение
• схема управления магнетроном (обычно с микроконтроллером)
• короткий волновод (для передачи СВЧ-энергии от магнетрона в варочную камеру)
• варочная камера металлическая
• поворотный столик или металлический вентилятор

В современных микроволновых печах для работы используется либо аналоговый таймер с циферблатом, либо цифровая панель управления.Панели управления оснащены светодиодным, жидкокристаллическим или вакуумным флуоресцентным дисплеем, цифровыми кнопками для ввода времени приготовления, функцией выбора уровня мощности и другими возможными функциями, такими как настройка размораживания и предварительно запрограммированные настройки для различных типов продуктов, таких как мясо, рыба. , птица, овощи, замороженные овощи, замороженные обеды и попкорн. В большинстве печей магнетрон приводится в действие линейным трансформатором, который можно только включить или выключить полностью. Таким образом, выбор уровня мощности не влияет на интенсивность микроволнового излучения; вместо этого магнетрон включается и выключается каждые несколько секунд.В более новых моделях используются инверторные источники питания, которые используют широтно-импульсную модуляцию для обеспечения эффективного непрерывного нагрева при пониженной мощности, так что продукты нагреваются более равномерно при заданном уровне мощности и могут нагреваться быстрее, не будучи поврежденными неравномерным нагревом.

Микроволновые частоты, используемые в микроволновых печах, выбираются в соответствии с нормативными требованиями и ограничениями по стоимости. Во-первых, они должны находиться в одной из промышленных, научных и медицинских (ISM) полос частот, отведенной для целей, не связанных с коммуникацией.Для бытовых целей частота 2,45 ГГц имеет преимущество перед 915 МГц в том смысле, что 915 МГц является диапазоном ISM только в Регионе 2 МСЭ, тогда как частота 2,45 ГГц доступна во всем мире. ^{[ необходима цитата ] [ неясно ]} Три дополнительных диапазона ISM существуют в микроволновых частотах, но не используются для приготовления в микроволновой печи. Два из них сконцентрированы на частотах 5,8 ГГц и 24,125 ГГц, но не используются для приготовления пищи в микроволновой печи из-за очень высокой стоимости выработки электроэнергии на этих частотах.Третий, сосредоточенный на 433,92 МГц, представляет собой узкую полосу, для которой потребуется дорогостоящее оборудование для выработки достаточной мощности без создания помех за пределами полосы, и она доступна только в некоторых странах.

Варочная камера похожа на клетку Фарадея (но нет постоянного контакта металла с металлом вокруг края дверцы) и предотвращает выход волн из духовки. Дверца духовки обычно имеет окно для удобного просмотра со слоем проводящей сетки на некотором расстоянии от внешней панели для сохранения экранирования.Поскольку размер отверстий в сетке намного меньше длины волны микроволн (12,2 см для обычных 2,45 ГГц), большая часть микроволнового излучения не может проходить через дверь, в то время как видимый свет (с его гораздо более короткой длиной волны) может проходить.

Варианты и аксессуары []

[7] Микроволновая печь с функцией конвекции

Вариантом обычной микроволновой печи является конвекционная микроволновая печь. Конвекционная микроволновая печь представляет собой комбинацию стандартной микроволновой печи и конвекционной печи.Это позволяет быстро приготовить пищу, но при этом получиться подрумянившейся или хрустящей, как в конвекционной печи. Конвекционные микроволновые печи дороже обычных микроволновых печей. Некоторые конвекционные микроволновые печи — с открытыми нагревательными элементами — могут выделять дым и запах гари, поскольку брызги пищи от ранее использовавшихся только микроволновых печей сжигаются с нагревательных элементов.

Совсем недавно ^{[ когда? № ]} , некоторые производители добавили мощные кварцевые галогенные лампы к своим моделям конвекционных микроволновых печей, продавая их под такими названиями, как «Speedcook», «Advantium» и «Optimawave», чтобы подчеркнуть их способность быстро готовить пищу с хорошим подрумяниванием.Лампы нагревают поверхность пищи инфракрасным (ИК) излучением, подрумянивая поверхности, как в обычной духовке. Пища подрумянивается при нагревании микроволновым излучением и теплопроводности при контакте с нагретым воздухом. Инфракрасная энергия, которая передается лампами на внешнюю поверхность пищи, достаточна для начала карамелизации подрумянивания продуктов, в основном состоящих из углеводов, и реакций Майяра в продуктах, в основном состоящих из белка. Эти реакции в продуктах питания создают текстуру и вкус, аналогичные тем, которые обычно ожидаются от обычного приготовления в духовке, а не мягкому вкусу вареной и приготовленной на пару, который обычно создается при приготовлении пищи только в микроволновой печи.

Чтобы помочь подрумяниваться, иногда используется дополнительный лоток для подрумянивания, обычно состоящий из стекла или фарфора. Он делает пищу хрустящей, окисляя верхний слой, пока он не станет коричневым. Обычная пластиковая посуда для этой цели не подходит, потому что она может расплавиться.

Замороженные обеды, пироги и пакеты для попкорна для микроволновых печей часто содержат сенсор, сделанный из тонкой алюминиевой пленки в упаковке или на небольшом лотке для бумаги. Металлическая пленка эффективно поглощает микроволновую энергию и, следовательно, становится очень горячей и излучает инфракрасное излучение, концентрируя нагрев масла для попкорна или даже подрумянивания замороженных продуктов.Нагревательные пакеты или поддоны, содержащие чувствительные элементы, предназначены для одноразового использования и выбрасываются как отходы.

Пластмассы, пригодные для использования в микроволновой печи []

Некоторые современные пластиковые контейнеры и пищевые упаковки специально разработаны для защиты от излучения микроволн. В продуктах может использоваться термин «безопасный для использования в микроволновой печи», на них может присутствовать символ микроволн (три линии волн, одна над другой) или просто инструкции по правильному использованию микроволн. Любой из них является признаком того, что продукт подходит для микроволновой печи при использовании в соответствии с предоставленными инструкциями. ^[21]

Преимущества и функции безопасности []

Все коммерческие микроволновые печи используют таймер в стандартном рабочем режиме; по истечении таймера духовка отключается.

Микроволновые печи разогревают пищу, не нагреваясь сами. При снятии кастрюли с плиты, если это не индукционная плита, остается потенциально опасный нагревательный элемент или тарелка, которые некоторое время остаются горячими. Точно так же, когда вы вынимаете запеканку из обычной духовки, руки подвергаются очень горячим стенкам духовки.Микроволновая печь не представляет этой проблемы.

Пища и посуда, доставленные из микроволновой печи, редко бывают намного горячее, чем 100 ° C (212 ° F). Посуда, используемая в микроволновой печи, часто намного холоднее, чем еда, потому что посуда прозрачна для микроволн; микроволны нагревают пищу напрямую, а посуда косвенно нагревается пищей. С другой стороны, пища и посуда из обычной духовки имеют ту же температуру, что и остальная часть духовки; типичная температура приготовления — 180 ° C (356 ° F).Это означает, что обычные плиты и духовки могут вызвать более серьезные ожоги.

Более низкая температура приготовления (точка кипения воды) является значительным преимуществом в плане безопасности по сравнению с запеканием в духовке или жаркой, поскольку исключает образование смол и угля, которые являются канцерогенными. ^[22] Микроволновое излучение также проникает глубже, чем прямое тепло, поэтому пища нагревается за счет собственного внутреннего содержания воды. Напротив, прямое тепло может обжарить поверхность, пока внутренняя часть еще холодная.Предварительный нагрев пищи в микроволновой печи перед тем, как положить ее на гриль или сковороду, сокращает время, необходимое для разогрева пищи, и снижает образование канцерогенного углерода. В отличие от жарки и запекания, микроволновая печь не производит акриламида в картофеле, ^[23] , однако, в отличие от жарки во фритюре, она имеет лишь ограниченную эффективность в снижении уровней гликоалкалоидов (, т.е. соланина). ^[24] Акриламид был обнаружен в других продуктах, приготовленных в микроволновой печи, таких как попкорн.

Тепловые характеристики []

Микроволновые печи часто используются для разогрева остатков пищи, и бактериальное загрязнение невозможно подавить, если не будет достигнута безопасная температура, что приводит к заражению через пищевые продукты, как и при любых неадекватных методах разогрева.

Неравномерный нагрев продуктов, приготовленных в микроволновой печи, может быть частично вызван неравномерным распределением микроволновой энергии внутри духовки, а частично — разной скоростью поглощения энергии в разных частях продукта. Первая проблема решается за счет мешалки, типа вентилятора, который отражает микроволновую энергию в различные части духовки при ее вращении, или поворотного стола или карусели, которые переворачивают пищу; однако на поворотных столах могут оставаться пятна, например в центре духовки, в которых энергия распределяется неравномерно.Расположение мертвых и горячих точек в микроволновой печи можно обозначить, поместив влажный кусок термобумаги в духовку. Когда водонасыщенная бумага подвергается воздействию микроволнового излучения, она становится достаточно горячей, чтобы вызвать высвобождение красителя, что обеспечит визуальное представление микроволн. Если в духовке сделать несколько слоев бумаги с достаточным расстоянием между ними, можно создать трехмерную карту. Многие чеки в магазинах печатаются на термобумаге, что позволяет легко сделать это дома. ^[25]

Вторая проблема связана с составом и геометрией пищи, и ее должен решать повар, располагая пищу так, чтобы она равномерно поглощала энергию, и периодически проверяя и защищая любые части пищи, которые перегреваются. В некоторых материалах с низкой теплопроводностью, где диэлектрическая проницаемость увеличивается с температурой, микроволновый нагрев может вызвать локальный тепловой выброс. При определенных условиях стекло может проявлять тепловое отклонение в микроволновой печи до точки плавления. ^[26]

Из-за этого явления микроволновые печи, настроенные на слишком высокий уровень мощности, могут даже начать готовить края замороженных продуктов, в то время как продукты внутри остаются замороженными. Еще один случай неравномерного нагрева можно наблюдать в выпечке, содержащей ягоды. В этих изделиях ягоды поглощают больше энергии, чем окружающий их более сухой хлеб, и не могут рассеивать тепло из-за низкой теплопроводности хлеба. Часто это приводит к перегреву ягод по сравнению с остальной едой.В настройках духового шкафа «Размораживание» используются низкие уровни мощности, предназначенные для того, чтобы обеспечить отвод тепла внутри замороженных продуктов от зон, которые легче поглощают тепло, к тем, которые нагреваются медленнее. В духовках, оборудованных поворотным подносом, будет происходить более равномерный нагрев за счет размещения продуктов на противне вращающегося подноса не по центру, а точно по центру.

Микроволновый нагрев может быть преднамеренно неравномерным. Некоторые упаковки для микроволновых печей (особенно пироги) могут включать материалы, содержащие керамические или алюминиевые хлопья, которые предназначены для поглощения микроволн и нагрева, тем самым преобразуя микроволны в менее проникающие инфракрасные лучи, что помогает при выпекании или приготовлении корочки, вкладывая больше энергии неглубоко в этих областях. .Такие керамические пластыри, прикрепленные к картону, располагаются рядом с едой и обычно имеют дымчато-синий или серый цвет, что обычно делает их легко узнаваемыми; Картонные рукава, входящие в комплект Hot Pockets, которые имеют внутреннюю поверхность серебристого цвета, являются хорошим примером такой упаковки. Картонная упаковка, пригодная для использования в микроволновой печи, также может содержать накладные керамические пластыри, которые действуют таким же образом. Технический термин для такого поглощающего микроволны пластыря — приемник. ^[27]

Воздействие на продукты питания и питательные вещества []

[8] Изюм, приготовленный в микроволновой печи, выделяет значительное количество дыма. ^[28] Другие исследования показывают, что при правильном использовании микроволновая обработка не влияет на содержание питательных веществ в продуктах в большей степени, чем обычное нагревание, и что существует тенденция к большему удержанию многих микронутриентов при микроволновке, вероятно, из-за сокращенное время приготовления. ^[29] Готовить грудное молоко в микроволновой печи при высоких температурах противопоказано из-за значительного снижения активности противоинфекционных факторов. ^[30]

Любая форма приготовления пищи разрушит некоторые питательные вещества в пище, но ключевыми переменными являются то, сколько воды используется для приготовления, как долго пища готовится и при какой температуре. ^[31] Питательные вещества в основном теряются при выщелачивании в воду для приготовления пищи, что, как правило, делает приготовление в микроволновой печи более здоровым, учитывая более короткое время приготовления, которое для этого требуется. ^[32] Как и другие методы нагрева, микроволновая печь превращает витамин B ₁₂ из активной в неактивную форму. Количество инактивированного зависит от достигнутой температуры, а также от времени приготовления. Вареная пища достигает максимальной температуры 100 ° C (212 ° F) (точка кипения воды), тогда как пища, приготовленная в микроволновой печи, может быть локально более горячей, что приводит к более быстрому распаду витамина B ₁₂ .Более высокий уровень потерь частично компенсируется более коротким временем приготовления. ^[33] Одно исследование показало, что при приготовлении в микроволновой печи брокколи теряет 74% или более фенольных соединений (97% флавоноидов), в то время как при кипячении теряется 66% флавоноидов, а при кипячении под высоким давлением теряется 47%, ^[34] , хотя результаты этого исследования опровергаются другими исследованиями. ^[35] Чтобы свести к минимуму потери фенолов в картофеле, микроволновую печь следует проводить при мощности 500 Вт. ^[36]

Шпинат сохраняет почти весь фолиевую кислоту при приготовлении в микроволновой печи; для сравнения, при кипячении он теряет около 77%, вымывая питательные вещества.Бекон, приготовленный в микроволновой печи, имеет значительно более низкий уровень канцерогенных нитрозаминов, чем бекон, приготовленный традиционным способом. ^[31] Приготовленные на пару овощи, как правило, содержат больше питательных веществ при нагревании в микроволновой печи, чем при приготовлении на плите. ^[31] Бланширование в микроволновой печи в 3-4 раза более эффективно, чем бланширование в кипяченой воде, в отношении удержания водорастворимых витаминов фолиевой кислоты, тиамина и рибофлавина, за исключением аскорбиновой кислоты, из которых теряется 28,8% (по сравнению с 16% при бланшировании кипяченой водой). ^[37]

Опасности []

[9] Приготовленный в микроволновой печи диск DVD-R, демонстрирующий влияние электрического разряда через металлическую пленку === Высокие температуры ===

Однородные жидкости могут перегреваться ^{[38] [39]} при нагревании в микроволновой печи в емкости с гладкой поверхностью. То есть жидкость достигает температуры, немного превышающей ее нормальную точку кипения, без образования пузырьков пара внутри жидкости. Процесс кипячения может начаться со взрывом, когда жидкость потревожена, например, когда пользователь берет контейнер, чтобы вынуть его из духовки, или при добавлении твердых ингредиентов, таких как сухие сливки или сахар.Это может привести к самопроизвольному кипению (зародышеобразованию), которое может быть достаточно сильным для выброса кипящей жидкости из контейнера и причинения сильного ожога. ^[40]

Закрытые емкости, такие как яйца, могут взорваться при нагревании в микроволновой печи из-за повышенного давления пара. Изоляционные пенопласты всех типов обычно содержат закрытые воздушные карманы и, как правило, не рекомендуются для использования в микроволновой печи, так как воздушные карманы взрываются и пена (которая может быть токсичной при употреблении) может расплавиться.Не все пластмассы безопасны для использования в микроволновой печи, а некоторые пластмассы поглощают микроволны до такой степени, что могут стать опасно горячими.

Продукты, которые слишком долго нагреваются, могут загореться. Хотя это присуще любой форме приготовления пищи, быстрое приготовление пищи и использование микроволновых печей без присмотра создают дополнительную опасность.

Металлические предметы []

Любой металлический или проводящий объект, помещенный в микроволновую печь, в некоторой степени действует как антенна, что приводит к возникновению электрического тока.Это заставляет объект действовать как нагревательный элемент. Этот эффект зависит от формы и состава объекта, и иногда его используют для приготовления пищи.

Любой предмет, содержащий заостренный металл, может вызвать электрическую дугу (искры) при нагревании в микроволновой печи. Это включает столовые приборы, мятую алюминиевую фольгу (хотя некоторые виды фольги, используемые в микроволновых печах, безопасны, см. Ниже), скрученные стяжки, содержащие металлическую проволоку, металлические проволочные ручки в бумажных китайских контейнерах для еды на вынос или почти любой металл, сформированный в виде металлической проволоки. плохо проводящая фольга или тонкая проволока; или в заостренную форму. ^[41] Вилки являются хорошим примером: зубцы вилки реагируют на электрическое поле, создавая высокие концентрации электрического заряда на концах. Это приводит к превышению диэлектрического пробоя воздуха, около 3 мегавольт на метр (3 × 10 ⁶ В / м). Воздух образует проводящую плазму, которая видна как искра. Тогда плазма и зубцы могут образовать токопроводящую петлю, которая может быть более эффективной антенной, что приведет к более длительной искре. Когда диэлектрический пробой происходит в воздухе, образуются озон и оксиды азота, которые в больших количествах вредны для здоровья.

[10] Микроволновая печь с металлической полкой

Металлические предметы могут быть совместимы с микроволновой печью, хотя эксперименты со стороны пользователей не приветствуются. Обработка в микроволновой печи отдельного гладкого металлического предмета без заостренных концов, например ложки или неглубокой металлической сковороды, обычно не вызывает искры. Решетки из толстой металлической проволоки могут стать частью интерьера микроволновых печей (см. Иллюстрацию). Точно так же внутренние стеновые панели с перфорированными отверстиями, которые пропускают свет и воздух в духовку и позволяют смотреть изнутри через дверцу духовки, все изготовлены из проводящего металла, имеющего безопасную форму.

Эффект обработки тонкой металлической пленки в микроволновой печи можно отчетливо увидеть на компакт-диске или DVD (особенно на прессованном на заводе типе). Микроволны индуцируют электрические токи в металлической пленке, которая нагревается, расплавляя пластик в диске и оставляя видимый узор из концентрических и радиальных рубцов. Точно так же фарфор с тонкими металлическими пленками также может быть разрушен или поврежден в микроволновой печи. Алюминиевая фольга достаточно толстая, чтобы ее можно было использовать в микроволновых печах в качестве защиты от нагрева частей продуктов, если фольга не сильно деформирована.Мятая алюминиевая фольга, как правило, небезопасна для использования в микроволнах, поскольку манипуляции с фольгой вызывают резкие изгибы и зазоры, которые вызывают искрение. Министерство сельского хозяйства США рекомендует, чтобы алюминиевая фольга, используемая в качестве частичного защитного экрана для пищевых продуктов при приготовлении в микроволновой печи, покрывала не более четверти пищевого объекта и должна быть тщательно разглажена, чтобы исключить опасность искрообразования. ^[42]

Другой опасностью является резонанс самой трубки магнетрона. Если микроволновая печь работает без объекта, поглощающего излучение, образуется стоячая волна.Энергия отражается назад и вперед между трубкой и камерой для приготовления пищи. Это может привести к перегрузке и возгоранию трубки. По той же причине обезвоженные продукты питания или продукты, завернутые в металл, не имеющий дуги, являются проблематичными из-за перегрузки, не обязательно являясь пожароопасным.

Некоторые продукты, например, виноград, при правильном хранении могут вызвать электрическую дугу. ^[43] Продолжительное искрение от пищи несет в себе риски, аналогичные риску искрения от других источников, как указано выше.

Некоторыми другими предметами, которые могут проводить искры, являются пластиковые / голографические термосы для печати (например, новые чашки Starbuck) или чашки с металлической подкладкой.Если какой-либо кусок металла обнажится, вся внешняя оболочка оторвется от объекта или расплавится. ^{[необходима ссылка ]}

Высокие электрические поля, генерируемые внутри микроволновой печи, часто можно проиллюстрировать, поместив радиометр или неоновую лампу накаливания внутри камеры для приготовления пищи, создав светящуюся плазму внутри лампы низкого давления устройства.

Прямое микроволновое воздействие []

Дополнительная информация: Микроволновые ожоги и микроволновые печи § Влияние на здоровье

Прямое микроволновое воздействие обычно невозможно, поскольку микроволны, излучаемые источником в микроволновой печи, удерживаются в духовке материалом, из которого она изготовлена.Кроме того, духовки оснащены резервными блокировками безопасности, которые отключают питание магнетрона при открытии дверцы. Этот механизм безопасности требуется в соответствии с федеральными постановлениями США. ^[44] Испытания показали, что ограничение микроволн в имеющихся в продаже печах является настолько универсальным, что рутинные испытания не требуются. ^[45] Согласно Центру устройств и радиологического здоровья Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, федеральный стандарт США ограничивает количество микроволн, которые могут просачиваться из духовки в течение всего срока ее службы, до 5 милливатт микроволнового излучения на квадратный сантиметр при приблизительно 5 см (2 дюйма) от поверхности духовки. ^[46] Это намного ниже уровня воздействия, который в настоящее время считается вредным для здоровья человека. ^[47]

Излучение, создаваемое микроволновой печью, не ионизирует. Следовательно, он не имеет риска рака, связанного с ионизирующим излучением, таким как рентгеновские лучи и частицы высокой энергии. Долгосрочные исследования на грызунах для оценки риска рака до сих пор не выявили какой-либо канцерогенности микроволнового излучения 2,45 ГГц даже при уровнях хронического воздействия, , т.е. , значительная часть продолжительности жизни человека, намного превышающая ту, с которой люди могут столкнуться при любой утечке. духовки. ^{[48] [49]} Однако при открытой дверце духовки излучение может вызвать повреждение в результате нагрева. Каждая продаваемая микроволновая печь оснащена защитной блокировкой, чтобы ее нельзя было запустить, если дверца открыта или неправильно заперта.

Однако есть несколько случаев, когда люди подвергались прямому воздействию микроволнового излучения в результате неисправности прибора или преднамеренных действий. ^{[50] [51]}

Химическое воздействие []

Некоторые магнетроны имеют керамические изоляторы с добавлением оксида бериллия (бериллия).Бериллий в таких оксидах представляет серьезную химическую опасность при раздавливании и проглатывании (например, при вдыхании пыли). Кроме того, бериллия внесена в список подтвержденных канцерогенов для человека IARC; поэтому не следует обращаться с сломанными керамическими изоляторами или магнетронами. Очевидно, что это представляет опасность только в том случае, если микроволновая печь становится физически поврежденной, например, если треснет изолятор, или когда магнетрон открывается и обращаются напрямую, и поэтому не должно вызывать беспокойства при нормальном использовании.

Откуда берутся микроволновые печи?

Домашние повара так беспокоят микроволновые печи, что можно подумать, что это ядерные реакторы размером с кухню.

Ситуацию не спасают некоторые авторы кулинарных книг, которые, кажется, не знают разницы между микроволнами и радиоактивностью. Да, это оба излучения, но также и телевизионные излучения, которые приносят нам банальные ситкомы. Трудно сказать, чего следует избегать.

Микроволны — это волны электромагнитного излучения, аналогичные радиоволнам, но с меньшей длиной волны и большей энергией. (Длина волны и энергия связаны; чем короче длина волны, тем выше энергия.)

Электромагнитное излучение состоит из волн чистой энергии, движущихся в пространстве со скоростью света. Фактически, сам свет состоит из электромагнитных волн с еще меньшей длиной волны и большей энергией, чем микроволны. Это определенная длина волны и энергия излучения, которые придают ему свои особые свойства. Таким образом, вы не можете приготовить пищу при свете и не можете читать в микроволновке.

Микроволны генерируются своего рода вакуумной трубкой, называемой магнетроном, которая извергает их в вашу духовку, герметичный металлический ящик, в котором микроволны непрерывно колеблются, пока работает магнетрон.Магнетроны оцениваются по выходной мощности микроволн, которая обычно составляет от 600 до 900 Вт. (Обратите внимание, что это количество ватт производимых микроволн, а не количество ватт электроэнергии, потребляемой прибором, которое больше.)

Но это еще не все. Мощность микроволновой печи и, следовательно, скорость ее выполнения зависит от количества ватт микроволн на кубический фут пространства в коробке. Чтобы сравнить духовки, разделите мощность микроволн на количество кубических футов.

Например, 800-ваттная духовка на 0,8 кубических фута имеет относительную мощность приготовления 800 ÷ 0,8 = 1000, что довольно типично. Поскольку разные духовые шкафы имеют разную мощность приготовления, в рецептах нельзя указывать конкретное время приготовления в микроволновой печи.

Микроволновая вращательная спектроскопия — Химия LibreTexts

Микроволновая вращательная спектроскопия использует микроволновое излучение для измерения энергии вращательных переходов молекул в газовой фазе.Это достигается за счет взаимодействия электрического дипольного момента молекул с электромагнитным полем возбуждающего микроволнового фотона.

Введение

Чтобы исследовать чисто вращательные переходы молекул, ученые используют микроволновую вращательную спектроскопию. Эта спектроскопия использует фотоны в микроволновом диапазоне, чтобы вызвать переходы между квантовыми уровнями вращательной энергии молекулы газа. Причина, по которой образец должен находиться в газовой фазе, заключается в межмолекулярных взаимодействиях, препятствующих вращению в жидкой и твердой фазах молекулы.Для микроволновой спектроскопии молекулы можно разбить на 5 категорий в зависимости от их формы и инерции вокруг их 3 ортогональных осей вращения. Эти 5 категорий включают двухатомные молекулы, линейные молекулы, сферические вершины, симметричные вершины и асимметричные вершины.

Классическая механика

Решение гамильтониана для жесткого ротора равно

\ [H = T \]

с,

\ [H = T + V \]

Где \ (T \) — кинетическая энергия, а \ (V \) — потенциальная энергия.2} \]

Однако мы должны определить \ (v_i \) в терминах вращения, поскольку мы имеем дело с вращением. Так как,

\ [\ omega = \ dfrac {v} {r} \]

, где \ (\ omega \) = угловая скорость, можно сказать, что:

\ [v_ {i} = \ omega {X} r_ {i} \]

Таким образом, мы можем переписать уравнение T как:

\ [T = \ dfrac {1} {2} \ sum {m_ {i} v_ {i} \ left (\ omega {X} r_ {i} \ right)} \]

Поскольку \ (\ omega \) — скалярная константа, мы можем переписать уравнение T как:

\ [T = \ dfrac {\ omega} {2} \ sum {m_ {i} \ left (v_ {i} {X} r_ {i} \ right)} = \ dfrac {\ omega} {2} \ сумма {l_ {i}} = \ omega \ dfrac {L} {2} \]

, где \ (l_i \) — угловой момент частицы i , а L — угловой момент всей системы .2I} \]

, где \ (B \) — постоянная вращения, то мы можем подставить ее в уравнение \ (E_n \) и получить:

\ [E_ {n} = J (J + 1) Bh \]

Учитывая энергию перехода между двумя уровнями энергии, разница кратна 2. То есть от \ (J = 0 \) до \ (J = 1 \) \ (\ Delta {E_ {0 \ rightarrow 1) }} \) равно 2Bh, а от J = 1 до J = 2 \ (\ Delta {E} _ {1 \ rightarrow 2} \) равно 4Bh.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): уровни энергии и положения линий, рассчитанные в приближении жесткого ротора.Эта диаграмма показывает, как переходы между уровнями вращательной энергии молекул отображаются на энергии, при которых эти переходы наблюдаются во время лабораторных экспериментов. (CC CS-BY 3.0; Nnrw).

Теория

Когда молекула газа облучается микроволновым излучением, фотон может быть поглощен за счет взаимодействия электронного поля фотона с электронами в молекулах. Для микроволнового диапазона это поглощение энергии находится в диапазоне, необходимом для перехода между вращательными состояниями молекулы.Однако только молекулы с постоянным диполем, который изменяется при вращении, можно исследовать с помощью микроволновой спектроскопии. Это связано с тем, что у них должна быть разность зарядов по всей молекуле, чтобы колеблющееся электрическое поле фотона сообщало молекуле крутящий момент вокруг оси, перпендикулярной этому диполю и проходящей через центр масс молекулы.

Это взаимодействие может быть выражено дипольным моментом перехода между двумя вращательными состояниями

\ [\ text {Вероятность перехода} = \ int \ psi_ {rot} (F) \ hat \ mu \ psi_ {rot} (I) d \ tau \]

Где Ψ _{rot (F)} — комплексно сопряженная волновая функция для конечного вращательного состояния, Ψ _{rot (I)} — волновая функция начального вращательного состояния, а μ — оператор дипольного момента с декартовыми координатами. из μ _x , μ _y , μ _z .Чтобы этот интеграл был отличным от нуля, подынтегральное выражение должно быть четной функцией. Это связано с тем, что любая нечетная функция, проинтегрированная от отрицательной бесконечности до положительной бесконечности или любых других симметричных пределов, всегда равна нулю.

Помимо ограничений, накладываемых интегралом момента перехода, переходы между вращательными состояниями также ограничиваются природой самого фотона. Фотон содержит одну единицу углового момента, поэтому, когда он взаимодействует с молекулой, он может передать молекуле только одну единицу углового момента.Это приводит к правилу отбора, согласно которому переход может происходить только между уровнями вращательной энергии, которые находятся всего на одном уровне квантового вращения (J) от другого ¹ .

\ [\ Delta \ textrm {J} = \ pm 1 \]

Интеграл момента перехода и правило выбора для вращательных переходов говорят, разрешен ли переход из одного вращательного состояния в другое. Однако они не принимают во внимание, действительно ли состояние, из которого происходит переход, заселено, что означает, что молекула находится в этом энергетическом состоянии.{(-E_ {rot} (J) / RT)}} \]

, где E _{rot (J)} — молярная энергия J состояния вращательной энергии молекулы,

• R — газовая постоянная,
• Т — температура образца.
• n (J) — количество молекул на вращательном уровне J, а
• n ₀ — общее количество молекул в образце.

Это распределение энергетических состояний является основным фактором, влияющим на наблюдаемые распределения интенсивности поглощения, наблюдаемые в микроволновом спектре.Это распределение делает так, что пики поглощения, которые соответствуют переходу из энергетического состояния с наибольшей заселенностью, основанного на уравнении Больцмана, будут иметь наибольший пик поглощения, причем пики с обеих сторон неуклонно уменьшаются.

степеней свободы

Молекула может иметь три типа степеней свободы и всего 3N степеней свободы, где N равно количеству атомов в молекуле. Эти степени свободы можно разделить на 3 категории ³ .

• Трансляционный : это простейшие степени свободы. Это влечет за собой движение центра масс всей молекулы. Это движение полностью описывается тремя ортогональными векторами и, таким образом, содержит 3 степени свободы.
• Вращение : Это вращения вокруг центра масс молекулы, и, как и поступательное движение, они могут быть полностью описаны тремя ортогональными векторами. Это снова означает, что эта категория содержит только 3 степени свободы.Однако в случае линейной молекулы присутствуют только две степени свободы из-за вращения вдоль связей в молекуле, имеющей незначительную инерцию.
• Вибрационное : Это любые другие типы движения, не относящиеся к вращательному или поступательному движению, и, таким образом, существует 3N — 6 степеней колебательной свободы для нелинейной молекулы и 3N — 5 для линейной молекулы. Эти колебания включают изгиб, растяжение, покачивание и многие другие метко названные внутренние движения молекулы.Эти различные колебания возникают из-за многочисленных комбинаций различных удлинений, сжатий и изгибов, которые могут возникать между связями атомов в молекуле.

Каждая из этих степеней свободы способна накапливать энергию. Однако в случае вращательных и колебательных степеней свободы энергия может храниться только в дискретных количествах. Это происходит из-за квантового разрушения уровней энергии в молекуле, описываемого квантовой механикой. В случае вращения запасенная энергия зависит от инерции вращения газа вместе с соответствующим квантовым числом, описывающим уровень энергии.

Симметрии вращения

Чтобы анализировать молекулы для вращательной спектроскопии, мы можем разбить молекулы на 5 категорий в зависимости от их формы и моментов инерции вокруг трех ортогональных осей вращения: ⁴

1. Двухатомные молекулы
2. Линейные молекулы
3. Сферические вершины
4. Симметричные топы
5. Асимметричные топы

Двухатомные молекулы

Вращения двухатомной молекулы можно смоделировать как жесткий ротор.3 \]

Линейные молекулы

Линейные молекулы ведут себя так же, как двухатомные молекулы, когда дело касается вращения. По этой причине их можно смоделировать как нежесткий ротор, как и двухатомные молекулы. Это означает, что линейные молекулы имеют одинаковое уравнение для уровней вращательной энергии. Единственная разница в том, что теперь вдоль ротора больше масс. Это означает, что инерция теперь представляет собой сумму расстояния между каждой массой и центром масс ротора, умноженную на квадрат расстояния между ними ² .2 \]

Где m _j — масса j-й массы на роторе, а r _ej — равновесное расстояние между массой j ^th и центром масс ротора.

Сферические вершины

Сферические вершины — это молекулы, в которых все три ортогональных вращения имеют равную инерцию и обладают высокой симметрией. Это означает, что в молекуле нет диполя, и по этой причине сферические вершины не дают микроволнового вращательного спектра.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): геометрический пример сферической вершины

Примеры:

Симметричные вершины

Симметричные вершины — это молекулы с двумя осями вращения, которые имеют одинаковую инерцию, и одну уникальную ось вращения с разной инерцией.Симметричные вершины можно разделить на две категории на основе соотношения между инерцией уникальной оси и инерцией двух осей с эквивалентной инерцией. Если единственная ось вращения имеет большую инерцию, чем вырожденные оси, молекула называется сплюснутым симметричным волчком. Если уникальная ось вращения имеет меньшую инерцию, чем вырожденные оси, молекула называется вытянутой симметричной вершиной. Для упрощения подумайте об этих двух категориях как о летающих тарелках для сплюснутых вершин или футбольных мячей для вытянутых вершин.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Симметричные вершины: (слева) геометрический пример сплющенной вершины и (справа) вытянутой вершины. Изображения использованы с разрешения Wikipedia.com.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Примеры симметричных вершин. Бензол (сплющенный) XeF ₄ (сплющенный) ClCH ₃ (вытянутый) NH ₃ (вытянутый)

В случае линейных молекул существует одна вырожденная ось вращения, которая, в свою очередь, имеет единственную постоянную вращения.2 \]

где B _e — постоянная вращения единственной оси, A _e — постоянная вращения вырожденных осей, \ (J \) — квантовое число полного углового момента вращения, а K — квантовое число, которое представляет собой часть полного углового момента, которая лежит вдоль единственной оси вращения. Это приводит к тому, что \ (K \) всегда равно или меньше \ (J \). Таким образом, мы получаем два правила выбора для симметричных волчков

.

\ [\ Delta J = 0, \ pm1 \]

\ [\ Delta K = 0 \]

когда \ (K \ neq 0 \)

\ [\ Delta J = \ pm1 \]

\ [\ Delta K = 0 \]

при \ (K = 0 \)

Однако, как и в приближении жесткого ротора для линейных молекул, мы также должны учитывать упругость связей в симметричных вершинах.2 \ label {14} \]

Асимметричные топы

Асимметричные вершины имеют три ортогональные оси вращения, каждая из которых имеет разные моменты инерции, и большинство молекул попадают в эту категорию. В отличие от линейных молекул и симметричных вершин, эти типы молекул не имеют упрощенного уравнения энергии для определения уровней энергии вращения. Эти типы молекул не следуют определенной схеме и обычно имеют очень сложные микроволновые спектры.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Молекулярные примеры асимметричных вершин.(слева) вода и (справа) ацетон

Дополнительная вращательно-чувствительная спектроскопия

Помимо микроволновой спектроскопии, ИК-спектроскопия также может использоваться для исследования вращательных переходов в молекуле. Однако в случае ИК-спектроскопии вращательные переходы связаны с колебательными переходами молекулы. Еще одна спектроскопия, которая может исследовать вращательные переходы в молекуле, — это рамановская спектроскопия, которая использует рассеяние УФ-видимого света для определения уровней энергии в молекуле.Однако для анализа вращательных энергетических уровней молекулы необходимо использовать детектор с очень высокой чувствительностью.

Список литературы

1. Harris, D.C .; Бертолуччи, М. Д., Симметрия и спектроскопия . University Press: Oxford, 1978,
.
2. McQuarrie, D.A .; Саймон Дж. Д., Физическая химия: молекулярный подход . University Science Books: 1997.
.
3. Shoemaker, D. P .; W., G.C .; У., Н. Дж., Эксперименты по физической химии .8-е изд .; Макгроу Хилл: Нью-Йорк, 2009.
4. Холлас, М. Дж., Основная атомная и молекулярная спектроскопия . Королевское химическое общество: Кембридж, 2002.

Авторы и авторство

• Николас Хоутон, Калифорнийский университет в Дэвисе

.