Dlaczego mikrofale w kuchence mikrofalowej są dostrojone do wody?

Kategoria: Fizyka Opublikowano: 15 października 2014

kuchenka mikrofalowa

Public Domain Image, źródło: Christopher S. Baird

Mikrofale w kuchence mikrofalowej nie są dostrojone do częstotliwości rezonansowej wody. W rzeczywistości mikrofale generowane wewnątrz kuchenki mikrofalowej nie są dostrojone do żadnej konkretnej częstotliwości rezonansowej, ponieważ fale te są szerokopasmowe. Szerokopasmowa fala elektromagnetyczna zawiera wiele częstotliwości. Potrzebujesz fali monochromatycznej (fali o prawie jednej częstotliwości), aby dostroić się do konkretnej częstotliwości. Wiązki laserowe są monochromatyczne. Fale radiowe z prostych anten są monochromatyczne. Mikrofale w kuchence mikrofalowej nie są monochromatyczne.

Mikrofale w kuchence mikrofalowej są tworzone przez urządzenie zwane magnetronem, które jest wnęką rezonansową powodującą naturalną oscylację prądu o wysokiej częstotliwości, a tym samym emisję fal elektromagnetycznych. Oscylacja prądu w magnetronie nie jest wywoływana przez delikatnie kontrolowany obwód zewnętrzny. Oscylacje powstają w sposób naturalny, ponieważ elektrony emitowane przez katodę uderzają w anodę w sposób przypadkowy, a następnie rozchodzą się zgodnie z kształtem magnetronu. Ta przypadkowość powoduje, że magnetron emituje wiele częstotliwości. Ponadto, losowy charakter generacji oscylacji powoduje, że częstotliwości są niestabilne i szybko się zmieniają. Badanie typowej domowej kuchenki mikrofalowej przeprowadzone przez Michała Sołtysiaka, Małgorzatę Celuch i Ulricha Erle, opublikowane w IEEE’s Microwave Symposium Digest, wykazało, że widmo częstotliwości kuchenki zawierało kilka szerokich szczytów, które rozciągały się od 2,40 do 2,50 GHz. Co więcej, odkryli oni, że lokalizacja, kształt, a nawet liczba szerokich pików w widmie częstotliwości zależała od orientacji obiektu, który znajdował się w podgrzewanym piekarniku. Innymi słowy, dokładne częstotliwości obecne w falach elektromagnetycznych, które wypełniają piekarnik, zależą od szczegółów samej żywności. Oczywiste jest, że mikrofale nie mogą być dostrojone pod względem częstotliwości do niczego konkretnego, jeśli częstotliwości zmieniają się za każdym razem, gdy podgrzewamy inną potrawę. W zastosowaniach, gdzie stabilna monochromatyczność jest ważna, takich jak w obrazowaniu radarowym, magnetron ma zatem ograniczoną użyteczność. W zastosowaniach, gdzie dostarczanie energii jest ważniejsze niż monochromatyczność, takich jak w kuchence, magnetron jest idealny.

Jak więc mikrofale w piekarniku podgrzewają żywność, jeśli nie są dostrojone do konkretnej częstotliwości rezonansowej wody? Ogrzewają one żywność poprzez proste ogrzewanie dielektryczne. W ogrzewaniu dielektrycznym, pole elektryczne w fali elektromagnetycznej wywiera siłę na molekuły w żywności, powodując ich obrót w celu wyrównania z polem. Z powodu tego ruchu obrotowego, molekuły zderzają się ze sobą i przekształcają swój nieco uporządkowany ruch obrotowy w ruch nieuporządkowany, który makroskopowo nazywamy ciepłem. Wiele rodzajów molekuł w żywności absorbuje energię z mikrofal w ten sposób, nie tylko molekuły wody.

Książka Electromagnetics Explained, autorstwa Rona Schmitta stwierdza:

Istnieje popularny mit, który tłumaczy kuchenki mikrofalowe jako działające na specjalnym rezonansie molekuł wody. W rzeczywistości, mit ten jest tylko tym, mitem. Odnosząc się do rysunku 15.2, można zauważyć, że nie ma żadnego rezonansu wody przy tej częstotliwości. Pierwszy szczyt rezonansowy występuje powyżej 1THz, a największe straty występują w podczerwieni. Nie ma żadnego szczególnego znaczenia częstotliwości 2,45 GHz, poza tym, że jest ona przydzielona przez FCC jako dopuszczalna do stosowania w kuchenkach mikrofalowych.

Tematy: gotowanie, żywność, częstotliwość, mikrofale, kuchenka mikrofalowa, mikrofale, rezonans, częstotliwość rezonansowa, widmo

Tematy: gotowanie, żywność, częstotliwość, mikrofale, kuchenka mikrofalowa, mikrofale, rezonans, częstotliwość rezonansowa, widmo

Dodaj komentarz