De ce microundele dintr-un cuptor cu microunde sunt reglate pe apă?

Categorie: Fizică Publicată: Fizică: 15 octombrie 2014

cuptor cu microunde

Imagine de domeniu public, sursa: Christopher S. Baird

Microundele dintr-un cuptor cu microunde nu sunt reglate pe o frecvență de rezonanță a apei. De fapt, microundele generate în interiorul unui cuptor cu microunde nu sunt cu adevărat acordate la o anumită frecvență de rezonanță, deoarece undele sunt de bandă largă. O undă electromagnetică în bandă largă conține mai multe frecvențe. Aveți nevoie de o undă monocromatică (o undă cu frecvență aproape unică) pentru a vă acorda la o anumită frecvență. Fasciculele laser sunt monocromatice. Undele radio emise de antene simple sunt monocromatice. Microundele dintr-un cuptor cu microunde nu sunt monocromatice.

Microundele dintr-un cuptor cu microunde sunt create de un dispozitiv numit magnetron, care este o cavitate rezonantă care face ca curentul să oscileze în mod natural la o frecvență înaltă și, astfel, să emită unde electromagnetice. Oscilația curentului din magnetron nu este cauzată de un circuit extern controlat delicat. Mai degrabă, oscilația apare în mod natural din modul în care electronii emiși de catod lovesc anodul în mod aleatoriu și apoi se împrăștie după cum este dirijat de forma magnetronului. Acest caracter aleatoriu face ca magnetronul să emită mai multe frecvențe. În plus, natura aleatorie a generării de oscilații face ca frecvențele să fie instabile și să sară rapid. Un studiu efectuat de Michal Soltysiak, Malgorzata Celuch și Ulrich Erle asupra unui cuptor cu microunde tipic de uz casnic și publicat în Microwave Symposium Digest al IEEE a constatat că spectrul de frecvență al cuptorului conținea mai multe vârfuri largi care se întindeau între 2,40 și 2,50 GHz. Mai mult, aceștia au descoperit că locația, forma și chiar numărul de vârfuri largi din spectrul de frecvențe depindea de orientarea obiectului care se afla în cuptorul încălzit. Cu alte cuvinte, frecvențele exacte prezente în undele electromagnetice care umplu cuptorul depind de detaliile alimentelor în sine. În mod clar, microundele nu pot fi reglate în frecvență pe ceva anume dacă frecvențele se schimbă de fiecare dată când încălziți un aliment diferit. În aplicațiile în care monocromaticitatea stabilă este importantă, cum ar fi în imagistica radar, magnetronul are, prin urmare, o utilitate limitată. În aplicațiile în care livrarea de energie este mai importantă decât monocromaticitatea, cum ar fi într-un cuptor de bucătărie, magnetronul este ideal.

Atunci, cum încălzesc microundele dintr-un cuptor alimentele dacă nu sunt acordate la o anumită frecvență de rezonanță a apei? Ele încălzesc alimentele prin simpla încălzire dielectrică. În cazul încălzirii dielectrice, câmpul electric din unda electromagnetică exercită o forță asupra moleculelor din alimente, determinându-le să se rotească pentru a se alinia cu câmpul. Din cauza acestei mișcări de rotație, moleculele se ciocnesc între ele și își transformă mișcarea de rotație oarecum ordonată în mișcare dezordonată, pe care noi o numim macroscopic căldură. Multe tipuri de molecule din alimente absorb energia de la microunde în acest mod, și nu doar moleculele de apă.

Cartea Electromagnetics Explained, de Ron Schmitt afirmă:

Există un mit popular care explică faptul că cuptoarele cu microunde funcționează la o rezonanță specială a moleculelor de apă. În realitate, acest mit este doar atât, un mit. Dacă vă referiți la figura 15.2, puteți vedea că nu există nicio rezonanță a apei la această frecvență. Primul vârf de rezonanță apare peste 1THz, iar cea mai mare pierdere apare cu mult în infraroșu. Nu există o semnificație specială a frecvenței de 2,45 GHz, cu excepția faptului că este alocată de FCC ca fiind permisă pentru utilizarea cuptoarelor cu microunde.

Teme: gătit, alimente, frecvență, microunde, cuptor cu microunde, microunde, microunde, rezonanță, frecvență de rezonanță, spectru

Lasă un comentariu