Porque é que as microondas num microondas estão sintonizadas para a água?

Categoria: Física Publicada: 15 de outubro de 2014

Forno de microondas

Public Domain Image, fonte: Christopher S. Baird

As microondas num forno de microondas não estão sintonizadas com uma frequência ressonante da água. Na verdade, as microondas geradas dentro de um forno de microondas não estão realmente sintonizadas com nenhuma frequência ressonante em particular, uma vez que as ondas são de banda larga. Uma onda eletromagnética de banda larga contém muitas freqüências. Você precisa de uma onda monocromática (uma onda quase de freqüência única) para sintonizar uma freqüência específica. Os feixes laser são monocromáticos. Ondas de rádio de antenas simples são monocromáticas. As microondas num forno de microondas não são monocromáticas.

As microondas num forno de microondas são criadas por um dispositivo chamado magnetrão, que é uma cavidade ressonante que faz a corrente oscilar naturalmente em alta frequência, e assim emite ondas electromagnéticas. A oscilação da corrente no magnetrão não é causada por um circuito externo delicadamente controlado. Pelo contrário, a oscilação surge naturalmente da forma como os electrões emitidos pelo cátodo atingem o ânodo de uma forma aleatória e depois deslizam ao redor conforme a forma do magnetrão. Esta aleatoriedade faz com que o magnetrão emita muitas frequências. Além disso, a natureza aleatória da geração da oscilação também faz com que as frequências sejam instáveis e saltem rapidamente. Um estudo de um típico forno de microondas doméstico realizado por Michal Soltysiak, Malgorzata Celuch e Ulrich Erle, e publicado no IEEE’s Microwave Symposium Digest, descobriu que o espectro de frequências do forno continha vários picos amplos que iam de 2,40 a 2,50 GHz. Além disso, descobriram que a localização, forma e até mesmo o número de picos amplos no espectro de freqüência dependia da orientação do objeto que estava no forno sendo aquecido. Em outras palavras, as freqüências exatas presentes nas ondas eletromagnéticas que enchem o forno dependem dos detalhes do próprio alimento. Claramente, as microondas não podem ser sintonizadas na frequência para nada em particular, se as frequências mudarem cada vez que se aquece um alimento diferente. Em aplicações onde a monocromaticidade estável é importante, tais como em imagens de radar, o magnetrão tem, portanto, utilidade limitada. Em aplicações onde a entrega de energia é mais importante que a monocromaticidade, como em um forno de cozinha, o magnetrão é ideal.

Então como as microondas em um forno aquecem alimentos se não estão sintonizadas em uma freqüência ressonante específica da água? Elas aquecem os alimentos através de um simples aquecimento dieléctrico. No aquecimento dieléctrico, o campo eléctrico na onda electromagnética exerce uma força sobre as moléculas do alimento, fazendo-as rodar de forma a alinharem-se com o campo. Devido a este movimento de rotação, as moléculas colidem umas nas outras e convertem o seu movimento de rotação algo ordenado em movimento desordenado, a que chamamos calor macroscopicamente. Muitos tipos de moléculas no alimento absorvem energia das microondas desta forma, e não apenas moléculas de água.

O livro Electromagnetics Explained, de Ron Schmitt afirma:

Há um mito popular que explica os fornos de microondas como operando com uma ressonância especial de moléculas de água. Na realidade, este mito é apenas isso, um mito. Referindo-se à Figura 15.2, você pode ver que não há ressonância de água nesta frequência. O primeiro pico ressonante ocorre acima de 1THz, e a maior perda ocorre bem dentro do infravermelho. Não há um significado especial de 2,45 GHz, exceto que é atribuído pela FCC como sendo permitido para uso em fornos de microondas.

Tópicos: cozimento, alimentos, freqüência, microondas, forno de microondas, microondas, micro-ondas, ressonância, freqüência ressonante, espectro

Deixe um comentário