Por qué las microondas de un horno microondas están sintonizadas con el agua?

Categoría: Física Publicado: 15 de octubre de 2014

horno microondas

Imagen de dominio público, fuente: Christopher S. Baird

Las microondas de un horno de microondas no están sintonizadas con una frecuencia de resonancia del agua. De hecho, las microondas generadas dentro de un horno de microondas no están realmente sintonizadas con ninguna frecuencia de resonancia en particular, ya que las ondas son de banda ancha. Una onda electromagnética de banda ancha contiene muchas frecuencias. Se necesita una onda monocromática (una onda de casi una sola frecuencia) para sintonizar una frecuencia específica. Los rayos láser son monocromáticos. Las ondas de radio de las antenas simples son monocromáticas. Las microondas de un horno de microondas no son monocromáticas.

Las microondas de un horno de microondas son creadas por un dispositivo llamado magnetrón, que es una cavidad resonante que hace que la corriente oscile naturalmente a alta frecuencia, y por lo tanto emite ondas electromagnéticas. La oscilación de la corriente en el magnetrón no está causada por un circuito externo delicadamente controlado. Más bien, la oscilación surge de forma natural por la manera en que los electrones emitidos por el cátodo chocan con el ánodo de forma aleatoria y luego se agitan según la forma del magnetrón. Esta aleatoriedad hace que el magnetrón emita muchas frecuencias. Además, la naturaleza aleatoria de la generación de oscilaciones también hace que las frecuencias sean inestables y salten rápidamente. Un estudio de un horno de microondas doméstico típico realizado por Michal Soltysiak, Malgorzata Celuch y Ulrich Erle, y publicado en el Microwave Symposium Digest del IEEE, descubrió que el espectro de frecuencias del horno contenía varios picos amplios que abarcaban de 2,40 a 2,50 GHz. Además, descubrieron que la ubicación, la forma e incluso el número de picos amplios en el espectro de frecuencias dependían de la orientación del objeto que se calentaba en el horno. En otras palabras, las frecuencias exactas presentes en las ondas electromagnéticas que llenan el horno dependen de los detalles del propio alimento. Evidentemente, las microondas no pueden sintonizarse en frecuencia con nada en particular si las frecuencias cambian cada vez que se calienta un alimento diferente. Por lo tanto, en aplicaciones en las que la monocromaticidad estable es importante, como en las imágenes de radar, el magnetrón tiene una utilidad limitada. En aplicaciones en las que la entrega de energía es más importante que la monocromaticidad, como en un horno de cocina, el magnetrón es ideal.

Entonces, ¿cómo calientan las microondas en un horno los alimentos si no están sintonizadas con una frecuencia de resonancia específica del agua? Calientan los alimentos mediante un simple calentamiento dieléctrico. En el calentamiento dieléctrico, el campo eléctrico de la onda electromagnética ejerce una fuerza sobre las moléculas de los alimentos, haciendo que giren para alinearse con el campo. Debido a este movimiento de rotación, las moléculas chocan entre sí y convierten su movimiento de rotación algo ordenado en un movimiento desordenado, que macroscópicamente llamamos calor. Muchos tipos de moléculas en los alimentos absorben energía de las microondas de esta manera, y no sólo las moléculas de agua.

El libro Electromagnetics Explained, de Ron Schmitt afirma:

Hay un mito popular que explica que los hornos de microondas operan en una resonancia especial de las moléculas de agua. En realidad, este mito es sólo eso, un mito. Si se observa la figura 15.2, se puede ver que no hay ninguna resonancia del agua a esta frecuencia. El primer pico de resonancia se produce por encima de 1THz, y la mayor pérdida se produce bien en el infrarrojo. No hay ningún significado especial de 2,45 GHz, excepto que está asignado por la FCC como permitido para el uso del horno de microondas.

Temas: cocina, alimentos, frecuencia, microondas, horno de microondas, microondas, resonancia, frecuencia resonante, espectro

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