Waarom zijn de microgolven in een microgolfoven afgestemd op water?

Categorie: Natuurkunde Gepubliceerd: 15 oktober 2014

microgolfoven

Public Domain Image, source: Christopher S. Baird

De microgolven in een microgolfoven zijn niet afgestemd op een resonantiefrequentie van water. In feite zijn de microgolven die in een microgolfoven worden gegenereerd niet echt afgestemd op een bepaalde resonantiefrequentie, aangezien de golven breedbandig zijn. Een breedbandige elektromagnetische golf bevat vele frequenties. Je hebt een monochromatische golf nodig (een golf met bijna één frequentie) om op een specifieke frequentie af te stemmen. Laserstralen zijn monochromatisch. Radiogolven van eenvoudige antennes zijn monochromatisch. Microgolven in een magnetron zijn niet monochromatisch.

De microgolven in een magnetron worden opgewekt door een apparaat dat een magnetron wordt genoemd, een resonerende holte die de stroom op natuurlijke wijze op hoge frequentie laat oscilleren, en daardoor elektromagnetische golven uitzendt. De oscillatie van de stroom in de magnetron wordt niet veroorzaakt door een subtiel gecontroleerde externe schakeling. De oscillatie ontstaat veeleer op natuurlijke wijze door de wijze waarop de door de kathode uitgezonden elektronen de anode op willekeurige wijze raken en vervolgens rondslingeren zoals de vorm van de magnetron dat voorschrijft. Deze willekeurigheid zorgt ervoor dat de magnetron vele frequenties uitzendt. Bovendien zorgt het willekeurige karakter van de oscillatieopwekking er ook voor dat de frequenties onstabiel zijn en snel rondspringen. Uit een onderzoek van Michal Soltysiak, Malgorzata Celuch en Ulrich Erle naar een typische huishoudelijke microgolfoven, dat is gepubliceerd in IEEE’s Microwave Symposium Digest, bleek dat het frequentiespectrum van de oven verscheidene brede pieken bevatte die zich uitstrekten van 2,40 tot 2,50 GHz. Bovendien ontdekten zij dat de plaats, de vorm en zelfs het aantal brede pieken in het frequentiespectrum afhankelijk waren van de oriëntatie van het voorwerp dat zich in de oven bevond en werd verwarmd. Met andere woorden, de exacte frequenties in de elektromagnetische golven die de oven vullen, hangen af van de details van het voedsel zelf. Het is duidelijk dat de microgolven niet in frequentie op iets bijzonders kunnen worden afgestemd als de frequenties veranderen telkens wanneer een ander levensmiddel wordt verhit. In toepassingen waar stabiele monochromaticiteit belangrijk is, zoals bij radarbeeldvorming, heeft de magnetron dus maar beperkt nut. In toepassingen waar de energietoevoer belangrijker is dan monochromaticiteit, zoals in een keukenoven, is de magnetron ideaal.

Dus hoe verhitten microgolven in een oven voedsel als ze niet zijn afgestemd op een specifieke resonantiefrequentie van water? Ze verhitten het voedsel door eenvoudige diëlektrische verhitting. Bij diëlektrische verwarming oefent het elektrische veld in de elektromagnetische golf een kracht uit op de moleculen in het voedsel, waardoor ze gaan draaien om zich aan te passen aan het veld. Door deze draaiende beweging botsen de moleculen tegen elkaar en zetten hun enigszins geordende draaiende beweging om in ongeordende beweging, die wij macroscopisch warmte noemen. Veel soorten moleculen in het voedsel absorberen op deze manier energie van de microgolven, en niet alleen watermoleculen.

In het boek Electromagnetics Explained, door Ron Schmitt staat:

Er bestaat een populaire mythe die verklaart dat microgolfovens werken op een speciale resonantie van watermoleculen. In werkelijkheid is deze mythe niet meer dan dat, een mythe. Als we naar figuur 15.2 kijken, zien we dat er bij deze frequentie geen resonantie van water is. De eerste resonantiepiek treedt op boven 1THz, en het grootste verlies treedt op tot ver in het infrarood. Er is geen speciale betekenis van 2,45 GHz, behalve dat het door de FCC is toegewezen als zijnde toegestaan voor gebruik in magnetrons.

Onderwerpen: koken, voedsel, frequentie, magnetron, magnetron, magnetron, microgolven, resonantie, resonantiefrequentie, spectrum

Plaats een reactie