Varför är mikrovågorna i en mikrovågsugn inställda på vatten?

Kategori: Publicerad: Kategori: Fysik:

mikrovågsugn

Public Domain Image, source: Christopher S. Baird

Mikrovågorna i en mikrovågsugn är inte inställda på vattnets resonansfrekvens. Faktum är att de mikrovågor som genereras i en mikrovågsugn egentligen inte är inställda på någon särskild resonansfrekvens eftersom vågorna är bredbandiga. En bredbandig elektromagnetisk våg innehåller många frekvenser. Du behöver en monokromatisk våg (en nästan enfrekvent våg) för att kunna ställa in dig på en viss frekvens. Laserstrålar är monokromatiska. Radiovågor från enkla antenner är monokromatiska. Mikrovågor i en mikrovågsugn är inte monokromatiska.

Mikrovågorna i en mikrovågsugn skapas av en anordning som kallas magnetron, vilket är en resonanshålighet som får strömmen att naturligt oscillera med hög frekvens och därigenom avge elektromagnetiska vågor. Oscillationen av strömmen i magnetronen orsakas inte av en känsligt kontrollerad extern krets. Snarare uppstår oscillationen naturligt genom att de elektroner som avges från katoden träffar anoden på ett slumpmässigt sätt och sedan sladdrar runt enligt magnetronens form. Denna slumpmässighet gör att magnetronen avger många frekvenser. Dessutom orsakar den slumpmässiga karaktären av svängningsgenerering också att frekvenserna är instabila och snabbt hoppar runt. En undersökning av en typisk mikrovågsugn för hushållsbruk utförd av Michal Soltysiak, Malgorzata Celuch och Ulrich Erle, som publicerades i IEEE:s Microwave Symposium Digest, visade att ugnens frekvensspektrum innehöll flera breda toppar som sträckte sig från 2,40 till 2,50 GHz. Dessutom fann de att placeringen, formen och till och med antalet breda toppar i frekvensspektrumet berodde på orienteringen av det föremål som befann sig i ugnen under upphettning. Med andra ord beror de exakta frekvenser som finns i de elektromagnetiska vågorna som fyller ugnen på detaljerna i själva maten. Det är uppenbart att mikrovågorna inte kan vara inställda i frekvens på något särskilt om frekvenserna ändras varje gång man värmer en annan mat. I tillämpningar där stabil monokromaticitet är viktig, t.ex. vid radaravbildning, har magnetronen därför begränsad användbarhet. I tillämpningar där energitillförsel är viktigare än monokromaticitet, t.ex. i en köksugn, är magnetronen idealisk.

Hur värmer mikrovågorna i en ugn då mat om de inte är inställda på en specifik resonansfrekvens hos vatten? De värmer maten genom enkel dielektrisk uppvärmning. Vid dielektrisk uppvärmning utövar det elektriska fältet i den elektromagnetiska vågen en kraft på molekylerna i maten, vilket får dem att rotera för att anpassa sig till fältet. På grund av denna roterande rörelse kolliderar molekylerna med varandra och omvandlar sin något ordnade rotationsrörelse till en oordnad rörelse, som vi makroskopiskt sett kallar värme. Många typer av molekyler i maten absorberar energi från mikrovågorna på detta sätt, och inte bara vattenmolekyler.

I boken Electromagnetics Explained av Ron Schmitt står det:

Det finns en populär myt som förklarar mikrovågsugnar som att de fungerar vid en speciell resonans hos vattenmolekyler. I verkligheten är denna myt just en myt. Om man hänvisar till figur 15.2 kan man se att det inte finns någon resonans hos vatten vid den här frekvensen. Den första resonanstoppen inträffar över 1THz, och den högsta förlusten inträffar långt in i det infraröda området. Det finns ingen speciell betydelse av 2,45 GHz, förutom att den har tilldelats av FCC som tillåten för användning av mikrovågsugnar.

Tema: matlagning, mat, frekvens, mikrovågsugn, mikrovågsugn, mikrovågsugn, mikrovågsugnar, resonans, resonansfrekvens, spektrum

.

Lämna en kommentar