Miért vannak a mikrohullámok a mikrohullámú sütőben a vízre hangolva?

Kategória: Kategória: Fizika Közzétéve: Fizika: Kategória: 2014. október 15.

mikrohullámú sütő

Public Domain Image, forrás: Public Domain Image: Christopher S. Baird

A mikrohullámú sütőben lévő mikrohullámok nem a víz rezonanciafrekvenciájára vannak hangolva. Valójában a mikrohullámú sütő belsejében keletkező mikrohullámok valójában nincsenek semmilyen konkrét rezonanciafrekvenciára hangolva, mivel a hullámok széles sávúak. Egy szélessávú elektromágneses hullám sok frekvenciát tartalmaz. Egy adott frekvenciára való hangoláshoz monokromatikus hullámra (közel egyfrekvenciás hullámra) van szükség. A lézersugarak monokromatikusak. Az egyszerű antennákból érkező rádióhullámok monokromatikusak. A mikrohullámú sütőben lévő mikrohullámok nem monokromatikusak.

A mikrohullámú sütőben lévő mikrohullámokat egy magnetron nevű eszköz hozza létre, amely egy rezonáns üreg, amely az áramot természetes módon nagy frekvencián rezgésre készteti, és ezáltal elektromágneses hullámokat bocsát ki. A magnetronban folyó áram rezgését nem egy finoman vezérelt külső áramkör okozza. Az oszcilláció inkább abból adódik természetes módon, hogy a katód által kibocsátott elektronok véletlenszerűen csapódnak az anódhoz, majd a magnetron alakja által irányított módon szétcsapódnak. Ez a véletlenszerűség okozza, hogy a magnetron sokféle frekvenciát bocsát ki. Továbbá a rezgéskeltés véletlenszerűsége miatt a frekvenciák instabilak és gyorsan ugrálnak. Egy tipikus háztartási mikrohullámú sütő Michal Soltysiak, Malgorzata Celuch és Ulrich Erle által végzett és az IEEE Microwave Symposium Digest című folyóiratában közzétett tanulmánya szerint a sütő frekvenciaspektruma több széles csúcsot tartalmazott, amelyek 2,40 és 2,50 GHz között helyezkedtek el. Továbbá azt találták, hogy a frekvenciaspektrumban a széles csúcsok elhelyezkedése, alakja, sőt még a számuk is függött a sütőben melegített tárgy tájolásától. Más szóval, a sütőt betöltő elektromágneses hullámokban jelen lévő pontos frekvenciák magának az ételnek a részleteitől függenek. Nyilvánvaló, hogy a mikrohullámok frekvenciáját nem lehet semmi konkrét dologra hangolni, ha a frekvenciák minden alkalommal változnak, amikor egy másik ételt melegítünk. Azokban az alkalmazásokban, ahol fontos a stabil monokromatikus jelleg, például a radarképalkotásban, a magnetron ezért csak korlátozottan használható. Azokban az alkalmazásokban, ahol az energia leadása fontosabb, mint a monokromaticitás, például egy konyhai sütőben, a magnetron ideális.

Hogyan melegítik tehát a mikrohullámok egy sütőben az ételt, ha nem hangolják őket a víz egy adott rezonanciafrekvenciájára? Egyszerű dielektromos fűtéssel melegítik az ételt. A dielektromos fűtés során az elektromágneses hullámban lévő elektromos mező erőt gyakorol az élelmiszerben lévő molekulákra, ami arra készteti őket, hogy elforduljanak, hogy igazodjanak a mezőhöz. E forgó mozgás miatt a molekulák egymásnak ütköznek, és a kissé rendezett forgómozgásukat rendezetlen mozgássá alakítják, amit makroszkópikusan hőnek nevezünk. Az ételben lévő sokféle molekulatípus elnyeli ilyen módon a mikrohullámok energiáját, és nem csak a vízmolekulák.

A Ron Schmitt által írt Electromagnetics Explained című könyvben ez áll:

Egy népszerű mítosz szerint a mikrohullámú sütők a vízmolekulák egy speciális rezonanciáján működnek. A valóságban ez a mítosz csak ennyi, egy mítosz. A 15.2. ábrán látható, hogy ezen a frekvencián a víznek nincs rezonanciája. Az első rezonanciacsúcs 1THz felett jelentkezik, és a legnagyobb veszteség jóval az infravörös tartományban jelentkezik. A 2,45 GHz-nek nincs különösebb jelentősége, kivéve, hogy az FCC a mikrohullámú sütők használatára engedélyezettként osztotta ki.

Témák: főzés, élelmiszer, frekvencia, mikrohullám, mikrohullámú sütő, mikrohullámok, rezonancia, rezonanciafrekvencia, spektrum

Szólj hozzá!