Φυσική και Μικροκύματα

Ας δούμε από μεριά φυσικής με απλά λόγια πως δουλεύει;

Ο φούρνος μικροκυμάτων είναι αναπόσπαστο κομμάτι της σύγχρονης κουζίνας, επειδή τα τρόφιμα θερμαίνονται γρήγορα κάτι που όλοι αναζητούν.

Πότε ανακαλύφθηκε ο φούρνος μικροκυμάτων;

Το 1946, ο μηχανικός Dr. Percy LeBaron Spencer, ο οποίος εργάστηκε για την εταιρεία Raytheon, εργαζόταν σε μαγνητόνια.

Μια μέρα στη δουλειά του είχε μια σοκολάτα στην τσέπη του και διαπίστωσε ότι αυτή είχε λειώσει, έτσι συνειδητοποίησε ότι τα μικροκύματα με τα οποία δούλευε είχαν προκαλέσει την τήξη του.

Πότε βγήκε στην αγορά;

Ο φούρνος μικροκυμάτων εισήχθη για πρώτη φορά το 1967 από την Amana Corporation. Στα τέλη της δεκαετίας του 1970, η χρήση τους εξαπλώθηκε σε εμπορικές και οικιακές κουζίνες σε όλο τον κόσμο.

Ποια συσκευή παράγει τα μικροκύματα;

Στο φούρνο μικροκυμάτων τα μικροκύματα παράγονται από μια συσκευή που ονομάζεται magnetron. Ο ρόλος του είναι αξιοποιώντας τον ηλεκτρισμό να παράγει μικροκυμάτα.

Ποια είναι η συχνότητα των κυμάτων και το μήκος κύματος των μικροκυμάτων;

Τα μικροκύματα είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα με συχνότητα περίπου 2,45 GHz και μήκος κύματος περίπου 12,2 cm. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, πέφτουν πριν από το υπέρυθρο φως αλλά μετά από ραδιοκύματα.

Πως δουλεύει τελικά;

Τα κύματα που παράγονται από το magnetron βρίσκονται στην κατάλληλη συχνότητα για να διεισδύσουν βαθιά μέσα στο φαγητό, στο οποίο θερμαίνουν κυρίως τα μόρια νερού.

Τα μόρια του νερού φορτίζονται θετικά στο ένα τους άκρο και αρνητικά στο άλλο έχοντας αποτέλεσμα να περιστρέφονται εναλλάξ.

Μπορούμε να πούμε ότι το μόριο του νερού μοιάζει με το κεφάλι του Μίκυ Μάους.

Μπορούμε να φανταστούμε ότι το πρόσωπο του Μίκυ είναι το αρνητικά φορτισμένο άτομο οξυγόνου και τα αφτιά του τα μικρότερα, θετικά φορτισμένα άτομα υδρογόνου.





Το θετικά φορτισμένο άκρο του μορίου προσπαθεί να ευθυγραμμιστεί με το ηλεκτρικό πεδίο των μικροκυμάτων, αλλά επειδή το πεδίο αντιστρέφεται 2,5 δισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο, το μόριο του νερού στριφογυρίζει ταχύτατα, μία κατά τη φορά του ρολογιού και μία κατά την αντίθετη. Έτσι στην διάρκεια αυτής της κίνησης  αναπτύσσεται τριβή με αποτέλεσμα θερμότητα.

Γιατί κάποια σημεία από το φαγητό παραμένουν κρύα;

Μέσα στο θάλαμο λόγω της ανάκλασης των κυμάτων δημιουργούνται στάσιμα κύματα.

Αυτή η εποικοδομητική και καταστροφική συμβολή μεταξύ των μικροκυμάτων μπορεί να προκαλέσει στο φαγητό ανομοιόμορφη θέρμανση.

Εάν η συμβολή είναι ενισχυτική, το ηλεκτρικό πεδίο που προκύπτει σε αυτό το σημείο θα είναι μεγαλύτερο, και έτσι τα σωματίδια στο φαγητό θα αποκτήσουν περισσότερη κινητική ενέργεια και το φαγητό θα είναι θερμότερο.

Εάν η συμβολή είναι ακυρωτική το φαγητό παραμείνει κρύο σε αυτό το σημείο.

Αν σκεφτούμε ότι τα μικροκύματα έχουν μήκος κύματος περίπου 12,2 cm, οι αποστάσεις μεταξύ αυτών των δύο ακραίων είναι συνήθως μόνο μερικά εκατοστά.

Πως περιορίζουμε το πρόβλημα;

Το πρόβλημα αυτό προσπαθεί να λύσει η περιστρεφόμενη γυάλινη βάση, επάνω στην οποία τοποθετούμε το φαγητό αλλάζοντας συνεχώς τα σημεία ενισχυτικής και ακυρωτικής συμβολής, έτσι διασφαλίζεται ομοιόμορφη θέρμανση.

Γιατί τα σκεύη είναι κρύα και το φαγητό ζεστό;

Τα μικροκύματα δεν απορροφώνται σχεδόν καθόλου από στερεά που δεν περιέχουν νερό. Γι’ αυτό τα σκεύη δε θερμαίνονται τόσο, όσο το φαγητό που περιέχουν.

Γιατί ο φούρνος ζεσταίνει το φαγητό πιο γρήγορα από τον κανονικό φούρνο;

Επειδή ένας φούρνος μικροκυμάτων θερμαίνει ταυτόχρονα και το εσωτερικό και το εξωτερικό του τροφίμου.

Γιατί τα κατεψυγμένα αργούν να ξεπαγώσουν στον φούρνο μικροκυμάτων;

Όπως αναφέρω παραπάνω η αρχή της θέρμανσης τροφίμων σε φούρνο μικροκυμάτων βασίζεται στην ικανότητα του μορίου να περιστρέφεται.

Έτσι επιβάλλονται περιορισμοί στους τύπους των τροφίμων που μπορούν να θερμανθούν, για παράδειγμα, ο πάγος είναι ένα στερεό και έτσι τα μόρια του δεν μπορούν να περιστραφούν τόσο εύκολα όσο στο υγρό νερό.

Για αυτό αποφεύγουμε  τα κατεψυγμένα τρόφιμα να τα βάζουμε στο φούρνο μικροκυμάτων γιατί θερμαίνονται άνισα και λιγότερο αποτελεσματικά.

Author: Φωτακίδης Χρήστος

Physics Teacher-Blogger

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s