Микроволновая печь. Принцип работы микроволновой печи: устройство и схема микроволновки, как работает СВЧ, действие физики, частота

Во второй половине ХХ века в наш обиход вошли печи, нагрев пищи в которых производится невидимыми лучами - микроволнами.

Подобно многим другим открытиям, существенно повлиявшим на повседневную жизнь людей, открытие теплового воздействия микроволн произошло случайно. В 1942 году американский физик Перси Спенсер работал в лаборатории компании «Райтеон» с устройством, излучавшим сверхвысокочастотные волны. Разные источники по-разному описывают события, случившиеся в тот день в лаборатории. По одной версии, Спенсер положил на устройство свой бутерброд, а сняв его через несколько минут, обнаружил, что бутерброд прогрелся до середины. По другой версии, разогрелся и растаял шоколад, который был у Спенсера в кармане, когда он работал возле своей установки, и, осененный счастливой догадкой, изобретатель кинулся в буфет за сырыми кукурузными зернами. Поднесенный к установке попкорн вскоре с треском начал лопаться…

Так или иначе эффект был обнаружен. В 1945 году Спенсер получил патент на использование микроволн для приготовления пищи, а в 1947-м на кухнях госпиталей и военных столовых, где требования к качеству пищи были не столь высоки, появились первые приборы для приготовления пищи с помощью микроволн. Эти изделия фирмы «Райтеон» высотой в человеческий рост весили 340 кг и стоили 3000 долларов за штуку.

Понадобилось полтора десятилетия, чтобы «довести до ума» печь, в которой пища готовится с помощью невидимых волн. В 1962 году японская фирма «Sharp» выпустила в продажу первую серийную микроволновую печь, которая, впрочем, поначалу не вызвала потребительского ажиотажа. Этой же фирмой в 1966 году был разработан вращающийся стол, в 1979-м впервые применена микропроцессорная система управления печью, а в 1999-м разработана первая микроволновая печь с выходом в Интернет.

Сегодня десятки фирм выпускают бытовые микроволновки. Только в США в 2000 году продали 12,6 млн микроволновых печей, не считая комбинированных духовок со встроенным источником микроволн.

Опыт применения миллионов микроволновых печей во многих странах в течение последних десятилетий доказал неоспоримые удобства этого способа приготовления пищи - быстроту, экономичность, простоту пользования. Сам механизм приготовления пищи с помощью микроволн, с которым мы познакомим вас ниже, предопределяет сохранение молекулярной структуры, а значит, и вкусовых качеств продуктов.

Что такое микроволны.

Микроволновое, или сверхвысокочастотное (СВЧ), излучение - это электромагнитные волны длиной от одного миллиметра до одного метра, которые используются не только в микроволновых печах, но и в радиолокации, радионавигации, системах спутникового телевидения, сотовой телефонии и т.д. Микроволны существуют в природе, их испускает Солнце.

Шкала электромагнитного излучения

Место микроволн на шкале электромагнитного излучения показано на рис. 1.

В бытовых микроволновых печах используются микроволны, частота f которых составляет 2450 МГц. Такая частота установлена для микроволновых печей специальными международными соглашениями, чтобы не создавать помех работе радаров и иных устройств, использующих микроволны.

Зная, что электромагнитные волны распространяются со скоростью света с, равной 300 000 км/с, нетрудно подсчитать, чему равна длина волны L микроволнового излучения данной частоты:

L = c/f = 12,25 см.

Чтобы понять принцип работы микроволновой печи, нужно вспомнить еще один факт из школьного курса физики: волна представляет собой сочетание переменных полей - электрического и магнитного. Продукты, употребляемые нами в пищу, магнитными свойствами не обладают, поэтому о магнитном поле мы можем забыть. А вот изменения электрического поля, которые несет с собой волна, для нас очень кстати...

Как микроволны нагревают пищу?

В состав продуктов питания входят многие вещества: минеральные соли, жиры, сахар, вода. Чтобы нагреть пищу с помощью микроволн, необходимо присутствие в ней дипольных молекул, то есть таких, на одном конце которых имеется положительный электрический заряд, а на другом - отрицательный. К счастью, подобных молекул в пище предостаточно - это молекулы и жиров и сахаров, но главное, что диполем является молекула воды - самого распространенного в природе вещества.

Каждый кусочек овощей, мяса, рыбы, фруктов содержит миллионы дипольных молекул.

Рис. 2. Дипольные молекулы

Дипольные молекулы:
а - в отсутствие электрического поля;
б - в постоянном электрическом поле;
в - в переменном электрическом поле

В отсутствие электрического поля молекулы расположены хаотически (рис. 2,а).

В электрическом поле они выстраиваются строго по направлению силовых линий поля, "плюсом" в одну сторону, "минусом" в другую. Стоит полю поменять направление на противоположное, как молекулы тут же переворачиваются на 180о (рис. 2,б).

А теперь вспомним, что частота микроволн 2450 Мгц. Один герц - это одно колебание в секунду, мегагерц - один миллион колебаний в секунду. За один период волны поле меняет свое направление дважды: был "плюс", стал "минус", и снова вернулся исходный «плюс». Значит, поле, в котором находятся наши молекулы, меняет полярность 4 900 000 000 раз в секунду! Под действием микроволнового излучения молекулы кувыркаются с бешеной частотой и в буквальном смысле трутся одна о другую при переворотах (рис. 2,в). Выделяющееся при этом тепло и служит причиной разогрева пищи.

Рис. 3 Разогрев куска мяса

Продукты нагреваются под действием микроволн примерно так же, как нагреваются наши ладони, когда мы быстро трем их друг о друга. Сходство состоит и еще в одном: когда мы трем кожу одной руки о кожу другой, тепло проникает в глубь мышечной ткани. Так и микроволны: они работают только в относительно небольшом поверхностном слое пищи, не проникая внутрь глубже, чем на 1-3 см (рис. 3). Поэтому нагрев продуктов происходит за счет двух физических механизмов - прогрева микроволнами поверхностного слоя и последующего проникновения тепла в глубину продукта за счет теплопроводности.

Отсюда сразу следует рекомендация: если нужно приготовить в микроволновке, например, большой кусок мяса, лучше не включать печь на полную мощность, а работать на средней мощности, но зато увеличить время пребывания куска в печи. Тогда тепло из наружного слоя успеет проникнуть в глубь мяса и хорошо пропечет внутреннюю часть куска, а снаружи кусок не подгорит.

Из тех же соображений жидкие продукты, например супы, лучше периодически помешивать, вынимая время от времени кастрюльку из печи. Этим вы поможете проникновению тепла в глубь емкости с супом. Посуда для микроволновки

Разные материалы по-разному ведут себя по отношению к микроволнам, и для СВЧ-печи годится не всякая посуда. Металл отражает микроволновое излучение, поэтому внутренние стенки полости печи делают из металла, чтобы он отражал волны к пище. Соответственно, металлическая посуда для микроволновок не годится.

Исключением является низкая открытая металлическая посуда (например, алюминиевые лотки для продуктов). Такую посуду можно помещать в микроволновую печь, но, во-первых, только вниз, на самое дно, а не на второй по высоте уровень (некоторые микроволновки допускают «двухэтажное» размещение лотков); во-вторых, нужно, чтобы печь работала не на максимальной мощности (лучше увеличить время работы), а края лотка отстояли от стенок камеры не менее, чем на 2 см, чтобы не образовался электрический разряд.

Стекло, фарфор, сухие картон и бумага пропускают микроволны сквозь себя (влажный картон начнет разогреваться и не пропустит микроволны, пока не высохнет). Посуду из стекла можно применять в микроволновке, но только при условии, что она выдержит высокую температуру нагрева. Для СВЧ-печей выпускается посуда из специального стекла (например, Pyrex) с низким коэффициентом теплового расширения, стойкая к нагреву.

Маркировка посуды для микроволновых печей

В последнее время многие производители снабжают посуду маркировкой, указывающей на допустимость применения в микроволновой печи (рис. 4). Прежде чем пользоваться посудой, обратите внимание на ее маркировку.

Учтите, что, например, пластиковые термостойкие контейнеры для пищи прекрасно пропускают микроволны, но и они могут не выдержать высокой температуры, если дополнительно к микроволнам включить еще и гриль.

Продукты питания поглощают микроволны. Так же ведут себя глина и пористая керамика, применять которые в микроволновках не рекомендуется. Посуда из пористых материалов задерживает влагу и нагревается сама вместо того, чтобы пропускать микроволны к продуктам.

В результате продуктам достается меньше микроволновой энергии, а вы рискуете обжечься, вынимая посуду из печи.

Приведем три главных правила на тему: что нельзя помещать в микроволновку.

Вообще в микроволновке не место металлическим предметам с острыми кромками, заостренными концами (например, вилкам): высокая плотность наведенного тока на острых кромках проводника может стать причиной оплавления металла или появления электрического разряда.

Включение пустой микроволновой печи чревато ее серьезным повреждением. Не встречая на своем пути никаких препятствий, микроволны будут многократно отражаться от внутренних стенок полости печи, а сконцентрированная энергия излучения может вывести печь из строя.

Кстати, если вы хотите довести воду в стакане или ином высоком узком сосуде до кипения, не забудьте опустить в него чайную ложечку перед тем, как поставить стакан в печь. Дело в том, что закипание воды под действием микроволн происходит не так, как, например, в чайнике, где тепло подводится к воде только снизу, со стороны дна. Микроволновый нагрев идет со всех сторон, а если стакан узкий - практически по всему объему воды. В чайнике вода при закипании бурлит, поскольку со дна поднимаются пузырьки растворенного в воде воздуха. В микроволновке вода дойдет до температуры кипения, но пузырьков не будет - это называется эффектом задержки кипения. Зато когда вы достанете стакан из печи, всколыхнув его при этом, - вода в стакане запоздало забурлит, и кипяток может ошпарить вам руки.

Если вы не знаете, из какого материала изготовлена посуда, проделайте простой опыт, который позволит вам определить, годится она для этой цели или нет. Понятное дело, речь не идет о металле: опознать его несложно. Поставьте порожнюю посуду в печь рядом со стаканом, наполненным водой (не забудьте про ложечку!). Включите печь и дайте ей поработать в течение одной минуты на максимальной мощности. Если после этого посуда осталась холодной, значит, она изготовлена из прозрачного для микроволн материала и ею можно пользоваться. Если же посуда нагрелась, значит, она изготовлена из поглощающего микроволны материала и вам вряд ли удастся приготовить в ней пищу. Опасны ли микроволны?

С микроволновыми печами связан ряд заблуждений, которые объясняются непониманием характера этого вида электромагнитных волн и механизма микроволнового нагрева. Надеемся, что наш рассказ поможет преодолеть такие предубеждения. Микроволны радиоактивны или делают продукты радиоактивными.

Это неверно: микроволны относятся к категории неионизирующих излучений. Они не оказывают никакого радиоактивного воздействия на вещества, биологические ткани и продукты питания. Микроволны изменяют молекулярную структуру продуктов питания или делают продукты канцерогенными.

Это тоже неверно. Принцип действия микроволн иной, чем у рентгеновских лучей или у ионизирующих излучений, и сделать продукты канцерогенными они не могут. Напротив, поскольку приготовление пищи при помощи микроволн требует очень небольшого количества жиров, готовое блюдо содержит меньше перегоревшего жира с измененной при тепловой обработке молекулярной структурой. Поэтому приготовление пищи с помощью микроволн полезнее для здоровья и не представляет для человека никакой опасности.Микроволновые печи испускают опасное излучение.

Это не соответствует действительности. Хотя непосредственное воздействие микроволн может вызвать тепловое поражение тканей, риск при пользовании исправной микроволновой печью полностью отсутствует. Конструкцией печи предусмотрены жесткие меры для предотвращения выхода излучения наружу: имеются продублированные устройства блокировки источника микроволн при открывании дверцы печи, а сама дверца исключает выход микроволн за пределы полости. Ни корпус, ни любая иная часть печи, ни помещенные в печь продукты питания не накапливают электромагнитное излучение микроволнового диапазона. Как только печь выключается, излучение микроволн прекращается.

Тем, кто опасается даже близко подходить к микроволновой печи, нужно знать, что микроволны очень быстро затухают в атмосфере. Для иллюстрации приведем такой пример: допустимая западными стандартами мощность СВЧ-излучения на расстоянии 5 см от новой, только что купленной печи составляет 5 милливатт на квадратный сантиметр. Уже на расстоянии полуметра от микроволновки излучение становится в 100 раз слабее (см. рис. 5).

Ослабление энергии СВЧ-излучения в атмосфере

Ослабление энергии СВЧ-излучения в атмосфере: на каждой следующей линии по мере удаления от печи мощность излучения в 10 раз меньше, чем на предыдущей

Как следствие столь сильного затухания, вклад микроволн в общий фон окружающего нас электромагнитного излучения не выше, чем, скажем, от телевизора, перед которым мы готовы сидеть часами без всякого опасения, или мобильного телефона, который мы так часто держим у виска. Просто не стоит опираться локтем на работающую микроволновую печь или прислоняться лицом к дверце, пытаясь разглядеть, что происходит в полости. Достаточно отойти от печи на расстояние вытянутой руки, и можно чувствовать себя в полной безопасности. Откуда берутся микроволны

Источником микроволнового излучения является высоковольтный вакуумный прибор - магнетрон.

Чтобы антенна магнетрона излучала микроволны, к нити накала магнетрона необходимо подать высокое напряжение (порядка 3-4 КВт). Поэтому сетевого напряжения питания (220 В) магнетрону недостаточно, и питается он через специальный высоковольтный трансформатор (рис. 6).

Рис. 6 Устройство микроволновой печи.

Мощность магнетрона современных микроволновых печей составляет 700-850 Вт. Этого достаточно, чтобы за несколько минут довести до кипения воду в 200-граммовом стакане. Для охлаждения магнетрона рядом с ним имеется вентилятор, непрерывно обдувающий его воздухом.

Порожденные магнетроном микроволны поступают в полость печи по волноводу - каналу с металлическими стенками, отражающими СВЧ-излучение. В одних микроволновках волны входят в полость только через одно отверстие (как правило, под "потолком" полости), в других - через два отверстия: у «потолка» и у «дна». Если заглянуть в полость печи, то можно увидеть слюдяные пластинки, которые закрывают отверстия для ввода микроволн. Пластинки не позволяют попадать в волновод брызгам жира, а проходу микроволн они совершенно не мешают, поскольку слюда прозрачна для излучения. Слюдяные пластинки со временем пропитываются жиром,
становятся рыхлыми, и их нужно менять на новые. Можно вырезать новую пластинку из листка слюды самому по форме старой, но лучше купить новую пластинку в сервисном центре, который обслуживает технику данной торговой марки, благо стоит она недорого.

Полость микроволновки изготавливается из металла, который может иметь то или иное покрытие. В самых дешевых моделях СВЧ-печей внутренняя поверхность стенок полости покрыта краской «под эмаль». Такое покрытие не отличается стойкостью к воздействию высоких температур, поэтому не применяется в моделях, где дополнительно к микроволнам пища подогревается грилем.

Более стойким является покрытие стенок полости эмалью или специальной керамикой. Стенки с таким покрытием легко моются и выдерживают высокие температуры. Недостатком эмали и керамики является их хрупкость по отношению к ударам. Ставя посуду в полость микроволновки, нетрудно случайно задеть стенку, а это может повредить нанесенное на нее покрытие. Поэтому, если вы приобрели СВЧ-печь с эмалевым или керамическим покрытием стенок, обращайтесь с ней осторожно.

Наиболее прочными и стойкими в отношении ударов являются стенки из нержавеющей стали. Плюс этого материала - прекрасное отражение микроволн. Минус - то, что если хозяйка уделяет не слишком много внимания очистке внутренней полости СВЧ-печи, то не удаленные вовремя брызги жира и пищи могут оставить следы на нержавеющей поверхности.

Объем полости микроволновой печи служит одной из важных потребительских характеристик. Компактные печи с объемом полости 8,5-15 л служат для размораживания или приготовления малых порций пищи. Они идеально подходят для одиноких людей либо для выполнения специальных задач, например для разогрева бутылочки с детским питанием. Печи с полостью объемом 16-19 л годятся для семейной пары. В такую печь можно поместить небольшую курицу. Печи средних габаритов имеют объем полости 20-35 л и подходят для семьи из трех-четырех человек.

Наконец, для большой семьи (пять-шесть человек) нужна СВ-печь с полостью объемом 36-45 л, позволяющая испечь гуся, индейку или большой пирог.

Очень важным элементом микроволновой печи является дверца. Она должна дать возможность видеть, что происходит в полости, и при этом исключить выход микроволн наружу. Дверца представляет собой многослойный пирог из стеклянных или пластмассовых пластин (рис. 7).

Рис. 7 Конструкция дверцы микроволновой печи.

Кроме того, между пластинами обязательно есть сетка из перфорированного металлического листа. Металл отражает микроволны назад, в полость печи, а отверстия перфорации, которые делают его прозрачным для обзора, имеют диаметр не более 3 мм. Вспомним, что длина волны СВЧ-излучения равна 12,25 см. Ясно, что через трехмиллиметровые отверстия такой волне не пройти.

Чтобы излучение не нашло лазейки там, где дверца прилегает к срезу полости, по периметру дверцы вмонтирован уплотнитель из диэлектрического материала. Он плотно прилегает к переднему торцу корпуса СВЧ-печи при закрытии дверцы. Толщина уплотнителя составляет порядка четверти длины волны СВЧ-излучения. Здесь используется расчет, основанный на физике волн: как известно, волны в противофазе гасят друг друга. Благодаря точно подобранной толщине уплотнителя обеспечивается так называемая отрицательная интерференция волны, проникшей внутрь материала уплотнителя, и отраженной волны, выходящей из уплотнителя наружу. Благодаря этому уплотнитель служит ловушкой, надежно гасящей излучение.

Чтобы полностью исключить возможность генерации микроволн при открытой дверце камеры, используется набор нескольких дублирующих друг друга независимых выключателей. Эти выключатели замыкаются контактными штырями на дверце печи и разрывают цепь питания магнетрона даже при небольшой неплотности закрытия дверцы.

Присмотревшись к микроволновым печам, выставленным в торговом зале крупного магазина бытовой техники, вы сможете заметить, что они различаются по направлению открытия дверцы: у одних печей дверца открывается в сторону (обычно влево), а у других откидывается к вам, образуя небольшую полочку. Последний вариант хоть и встречается реже, но дает дополнительное удобство при пользовании печью: горизонтальная плоскость открытой дверцы служит опорой при загрузке посуды в полость печи или при извлечении готового блюда. Нужно только не перегружать дверцу излишним грузом и не опираться на нее. Как «перемешать» микроволны

Микроволны, вошедшие по волноводу в полость печи, хаотично отражаются от стенок и рано или поздно попадают на помещенные в печь продукты. При этом на каждую точку, скажем, куриной тушки, которую мы хотим разморозить либо поджарить, приходят волны с самых разных направлений. Неприятность состоит в том, что уже упомянутая нами интерференция может сработать как в «плюс», так и в «минус»: пришедшие в фазе волны усилят одна другую и прогреют участок, на который они попали, а пришедшие в противофазе - погасят друг друга, и проку от них не будет никакого.

Чтобы волны проникали в продукты равномерно, их надо как бы «перемешать» в полости печи. Самим же продуктам лучше в буквальном смысле повертеться в полости, подставляя под поток излучения разные бока. Так в микроволновых печах появился поворотный стол - блюдо, опирающееся на небольшие ролики и приводимое в движение электромотором (рис. 8,б).

«Перемешивать» микроволны можно разными способами. Наиболее простое и прямолинейное решение - подвесить под «потолком» полости мешалку: вращающуюся крыльчатку с металлическими лопастями, которые отражают микроволны. Такая мешалка называется диссектор (рис. 8,а). Он хорош своей простотой и, как следствие, низкой стоимостью. Но, к сожалению, высокой равномерностью волнового поля СВЧ-печи с механическим отражателем микроволн не отличаются.

Сочетание вращающегося диссектора и поворотного стола для продуктов иногда носит специальное название. Так, в микроволновых печах Mielе это называется системой Duplomatic.

В некоторых микроволновках (например, модели Y82, Y87, ET6 от «Moulinex») сделаны два поворотных стола, расположенных один над другим. Такая система называется DUO и позволяет готовить два блюда одновременно. Каждый стол имеет отдельный привод через гнездо на задней стенке полости печи.

Более тонким, но зато и эффективным способом достижения равномерного волнового поля является тщательная работа над геометрией внутренней полости печи и создание оптимальных условий для отражения волн от ее стенок. Такие «продвинутые» системы распределения микроволн у каждого производителя печей имеют свое «фирменное» название. Расписание работы магнетрона

Любая микроволновая печь позволяет владельцу задать мощность, необходимую для выполнения той или иной функции: от минимальной мощности, достаточной для поддержания пищи подогретой, до полной мощности, которая нужна для приготовления пищи в загруженной продуктами печи.

Особенностью магнетронов, применяемых в большинстве микроволновых печей, является то, что они не могут «гореть вполнакала». Поэтому, чтобы печь работала не на полной, а на уменьшенной мощности, можно лишь периодически выключать магнетрон, прекращая на какое-то время генерацию микроволн.

Когда печь работает на минимальной мощности (пусть это будет 90 Вт, при этом пища в полости печи поддерживается в подогретом состоянии), магнетрон включается на 4 с, затем отключается на 17 с, и эти циклы включения-выключения все время чередуются.

Увеличим мощность, скажем, до 160 Вт, если нам нужно разморозить продукты. Теперь магнетрон включается на 6 с, а отключается на 15 с. Прибавим мощность: при 360 Вт длительность циклов включения и выключения почти сравнялась - это 10 с и 11 с соответственно.

Заметим, что суммарная длительность циклов включения и выключения магнетрона остается постоянной (4 + 17, 6 + 15, 10 + 11) и составляет 21 с.

Наконец, если печь включена на полную мощность (в нашем примере это 1000 Вт), магнетрон работает постоянно, не отключаясь.

В последние годы на отечественном рынке появились модели микроволновых печей, в которых питание магнетрона осуществляется через устройство под названием «инвертор». Производители этих печей («Panasonic», «Siemens») подчеркивают такие преимущества инверторной схемы, как компактность узла излучения микроволн, позволяющего увеличить объем полости при неизменных внешних габаритах печи и более эффективное преобразование потребляемой электроэнергии в энергию микроволн.

Инверторные системы питания широко применяются, например, в кондиционерах воздуха и позволяют плавно менять их мощность. В СВЧ-печах инверторные системы питания дают возможность плавно менять мощность источника излучения, вместо того чтобы отключать его каждые несколько секунд.

Благодаря плавному изменению мощности излучателя микроволн в печах с инвертором температура также меняется плавно, в отличие от традиционных печей, где из-за периодического выключения магнетрона время от времени прекращается подвод излучения. Впрочем, будем справедливы к традиционным печам: эти колебания температуры не столь уж сильны и вряд ли сказываются на качестве приготовленной пищи.

Так же, как в случае кондиционеров, микроволновки с инверторной системой питания стоят дороже, чем с традиционной. Знаете ли вы …

• что в микроволновой печи можно разогревать любое молоко без всякого ущерба для его питательных свойств? Единственное исключение - свежесцеженное грудное молоко: под воздействием микроволн оно утрачивает содержащиеся в нем компоненты, жизненно необходимые младенцу.
• что иногда вращение стола лучше отменить. Это позволит готовить большие по объему блюда (лосось, индейку и т. д.), которым просто не повернуться в полости, не задев ее стенок.

Воспользуйтесь функцией отмена вращения, если она имеется в вашей микроволновке.

8 октября исполняется 65 лет с того дня, как была запатентована технология микроволновой печи.

Микроволновая печь (сверхвысокочастотная печь, СВЧ-печь) является одним из самых популярных бытовых электроприборов и предназначена для быстрого приготовления, подогрева пищи и для размораживания продуктов. Ее создатель - житель штата Массачусетс Перси Спенсер - запатентовал свое изобретение 8 октября 1945 г.

По легенде, идея создания микроволновой печи пришла ему в голову после того, как он, постояв у магнетрона (электронная лампа, генерирующая микроволновое электромагнитное излучение), обнаружил, что лежавший в его кармане шоколадный батончик растаял. По другой версии, он заметил, что нагрелся бутерброд, положенный на включенный магнетрон.

Первые СВЧ-печки, предназначавшиеся для армейских столовых и больших ресторанов, были шкафами высотой 175 см и весом 340 кг. Более компактные домашние печки начали производиться с 1955 г.

Первая серийная бытовая микроволновая печь была выпущена японской фирмой Sharp в 1962 г. Первоначально спрос на новое изделие был невысок. В СССР микроволновые печи выпускал завод ЗИЛ.

Принцип действия микроволновой печи строится на обработке продукта, помещенного внутрь прибора, микроволнами (СВЧ-излучение). Эти волны и нагревают пищу.

Микроволны являются одной из форм электромагнитной энергии, как и световые волны или радиоволны. Это очень короткие электромагнитные волны , которые перемещаются со скоростью света (299,79 км/с).

В состав продуктов питания входят многие вещества: минеральные соли, жиры, сахар, вода. Чтобы нагреть пищу с помощью микроволн, необходимо присутствие в ней дипольных молекул, то есть таких, на одном конце которых имеется положительный электрический заряд, а на другом - отрицательный. Подобных молекул в пище предостаточно - это молекулы и жиров и сахаров, но главное, что диполем является молекула воды - самого распространенного в природе вещества. Каждый кусочек овощей, мяса, рыбы, фруктов содержит миллионы дипольных молекул.

В отсутствие электрического поля молекулы расположены хаотически. В электрическом поле они выстраиваются строго по направлению силовых линий поля, "плюсом" в одну сторону, "минусом" в другую. Стоит полю поменять направление на противоположное, как молекулы тут же переворачиваются на 180 градусов.

Магнетрон, который содержит каждая микроволновая печь, преобразует электрическую энергию в сверх-высокочастотное электрическое поле частотой 2450 мегагерц (МГц) или 2,45 гигагерц (ГГц), которое и взаимодействует с молекулами воды в пище.

Микроволны "бомбят" молекулы воды в пище, заставляя их вращаться с частотой в миллионы раз в секунду, создавая молекулярное трение, которое и нагревает еду.

Это трение наносит значительный ущерб молекулам пищи, разрывая или деформируя их. Проще говоря, микроволновая печь вызывает распад и изменения молекулярной структуры продуктов питания в процессе излучения.

Микроволны работают только в относительно небольшом поверхностном слое пищи, не проникая внутрь глубже, чем на 1-3 см. Поэтому нагрев продуктов происходит за счет двух физических механизмов - прогрева микроволнами поверхностного слоя и последующего проникновения тепла в глубину продукта за счет теплопроводности.

При выборе СВЧ печи следует ориентироваться на ее основные характеристики, среди которых - объем камеры, тип управления, наличие гриля, мощность и некоторые другие. Объем камеры определяется по количеству продуктов, вмещающихся в микроволновую печь.

Управление в микроволновых печах бывает трех типов - механическое (самый простой тип управления), кнопочное и сенсорное.

В зависимости от выполняемых функций микроволновки делят на три типа: СВЧ с микроволнами, с грилем и микроволновые печи с грилем и конвекцией.

Что касается дополнительных функций микроволновых печей, то к самым распространенным относятся функции двойного излучения (для равномерного приготовления продукта по объему) и auto-weight, означающая, что электронные датчики взвесят продукт и выберут время приготовления.

Некоторые модели СВЧ печей имеют диалоговый режим, когда на дисплее высвечиваются рекомендации во время приготовления блюда.

Также может быть микроволновая печь со встроенными рецептами приготовления блюд. Чтобы запустить процесс приготовления, нужно указать вид продукта, количество, рецепт. Готовые программы дают возможность выбрать оптимальный режим, точное время приготовления.

Некоторые модели оснащаются портом связи для доступа в интернет. Это дает возможность загружать новые рецепты блюд и получать информацию о его калорийности.

В число принадлежностей к СВЧ-печи могут входить многоуровневая решетка для тарелок, позволяющая разогреть одновременно несколько блюд, и решетка для гриля.

Материал подготовлен на основе информации открытых источников

Микромир богат тайнами. Бодро рассуждаем об электронах, не зная в точности, что это такое. Удивителен принцип неопределенности Гейзенберга. Ученые, чем дальше, тем сильней начинают дивиться собственным открытиям. Теория Эйнштейна частью несостоятельна, значит, масса не растет с увеличением скорости, скорость света преодолима. Что недавно доказано экспериментально. Как работает микроволновая печь, если ничего не известно об элементарных частицах кроме непредсказуемости поведения? Попробуем заглянуть в мир удивительных и непонятных явлений.

Принцип действия активной СВЧ печи

Электроны и микроволновые печи

Технические характеристики микроволновых печей различны, в основе лежит общее явление — поглощение энергии электромагнитной волны молекулами воды. Принцип работы микроволновой печи остается прежним. Говорят, что концепция отобрана Америкой у разгромленной фашистской Германии. Пару слов о работе микроволновой печи.

В физике принята двойственная корпускулярно-волновая теория, согласно которой электромагнитная волна ведет себя, как частица. С понижением частоты всплывают эффекты, характерные для морей и рек: сложение волн не количественно, а с учетом фазы, в результате интерференционная картина примет причудливый вид. Свет ведет себя часто подобно частицам. Квант — кусочек света.

Однажды в лаборатории ученые решили проверить: что такое кванты. Взяли специальную пушку, испускающую элементарные частицы. Последовательность опытов:

Ученые выдвинули теории: частица проходит одновременно через обе щели, либо через единственную. В результате электрон словно ударяется сам о себя, образуя картину интерференции. Что касается волновой теории, известно нечто подобное. Стали говорить, что частица «знает» о наблюдении. Нам ближе теория комментатора видео на Ютуб, сказавшего, что телескоп забирает энергию фотона, потому нельзя продемонстрировать волновую картину. Экран не является аналогичным средством измерения, отсюда результат разный.

Магнетрон в микроволновой печи работает за счет упорядоченного (если корректно так говорить) движения электронов. Не видим противоречий в опыте, забавно, что ученые не хотят видеть дальнейших аналогий с волной. В магнетроне микроволновой печи процесс управляется иначе.

Вне зависимости от природы частиц установлено, что в магнитном поле испущенные термокатодом электроны начинают двигаться по кругу. Чтобы создать равномерное распределение напряженности, используется два постоянных магнита по обе стороны шайбообразной рабочей камеры магнетрона.

Внутри царит вакуум, чтобы не создавать помех движению элементарных частиц. В результате придумали сделать нечто наподобие револьверного барабана, где каждая камера соединяется с центральным каналом узкой щелью. Недолго думая, ученые рассчитали размеры и создали резонатор для магнетрона микроволновой печи. В результате, гонимые электричеством и управляемые магнитом, электроны стали порождать колебания разного толка. Но выживала лишь частота резонатора магнетрона микроволновой печи, прочие быстро затухали.

Поданное на катод напряжение 3 кВ со схемной землей на аноде магнетрона микроволновой печи вызывает вращающиеся колебания заданной частоты в камерах. Съем сигнала происходит через специальный штырь в одной из множества. Добавим, что для облегчения электронам процесса покидания поверхности анода пользуются двумя уловками:

1. С умом выбирают материал катода: вольфрам и торий.
2. Подают напряжение подогрева (6,3 В 50 Гц) на нить накала.

Подобным образом работает магнетрон микроволновой печи. Заметьте, о природе электронов ничего в точности не известно, физики-теоретики до сих пор бьются над решением задачи, практики уже давно пользуются результатом.

Как используются колебания высокой частоты в микроволновой печи

Колебания покидают магнетрон и немедленно попадают в волновод. Размеры круглого или прямоугольного сечения выбраны так, чтобы затухания оказались наименьшими. Волна, двигаясь под углом к оси волновода и постоянно отражаясь от верхней и нижней стенок, достигает рабочего отсека. Напряженность поля велика, посторонние предметы внутри приведут к возникновению электрических пробоев в виде молний. Исключая описанное, выход волновода в рабочую камеру прикрывается слюдяной тканью, в обиходе, слюдой.

Указанный диэлектрик прозрачен для волн, свободно проходящих в отсек. Размер рабочей камеры печи выбирается, исходя из частоты магнетрона. Но быстро стало замечено: если оставить неподвижное тело греться, температура на разных участках варьируется в широких пределах. Понятно, что людям не нравится факт: первый кусок горячее второго. Объясняется явление наличием стоячих волн. В узлах амплитуда колебания поля равна нулю, на горбах максимальна. В результате получается нечто вроде интерференционной картины.

Объясним происходящее. Энергия передается молекулам воды: атом кислорода, ближе к одному боку прилепились две частички водорода. Получается нечто вроде головы с двумя шишками на боковинах черепа. Электрический отрицательный момент находится в районе основания. Когда полем захватывается эта результирующая, молекула увлекается силовыми линиями. Напряженность волны постоянно меняется, конструкция начинает проворачиваться, заваливаться вперед. Потом назад. Получается неваляшка.

Скорость колебаний чрезвычайно высока.

Магнетрон генерирует на частоте 2,45 ГГц, происходит 2,45 млрд. движений в секунду. Образуется избыточная кинетическая энергия, быстро передаваемая окружающим молекулам. Почему выбрана частота 2,45 ГГц. Чтобы создавать побольше помех сотовым телефонам и домашней сети WiFi? Нет! Просто у любой системы собственная резонансная частота.

Усиленная многократно, волна приводит в негодность здания.

Аналогично происходит с молекулой воды. Есть частоты, не вызывающие колебаний. Район связных на 2,4 ГГц отлично передает энергию пару. Воду в любом агрегатном состоянии нагревает ударно. На факте и основан принцип действия микроволновой печи. Добавим, что эффект стоячей волны блокируется вращающимся столом. Пища постоянно двигается, различные участки попадают попеременно то в минимумы, то в максимумы волны. Что обеспечит равномерный нагрев.

Как реализуются режимы микроволновой печи

Поговорили о генерации, рассказали, как энергия ведет себя внутри рабочей камеры, раскрыли процесс передачи тепла еде. Рассмотрим, как варьируется интенсивность нагрева. Магнетрон не генерирует колебания постоянно, а возбуждается импульсами высоковольтного напряжения. В результате, регулируя скважность или периодичность, добиваются приемлемых режимов.

Инверторные микроволновые печи идут дальше. Стоящий в рабочем отсеке датчик температуры сообщает системе о состоянии пищи, в результате частота следования импульсов гибко регулируется, режим получается максимально плавным. Принцип действия датчика основан на приеме инфракрасных волн: чем выше частота, тем теплее в помещении. Если говорить еще точнее, принимается одна частота, но измеряется интенсивность. С повышением температуры спектр сдвигается вверх. Общая форма является горкой с единственной вершиной. Сам датчик сечет спектр постоянно на одной частоте. Сначала гора чуть наползает подошвой на эту линию, но по мере продвижения вправо больше и больше покрывает место. В результате фиксируется рост интенсивности. Холодная пища в инфракрасном диапазоне не излучает вообще.

Режим инвертора возможно выключить, в результате правильное использование микроволновой печи гарантирует положительный результат, если обрели опыт обращения с оборудованием. Надеемся, рассказ оказался интересен, несмотря на всеобщую неразбериху в физике. Возможно, читатели разгадают загадку наблюдателя и выложат ответ в комментариях. А мы походатайствуем о присвоении аудитории Нобелевской премии перед ответственным комитетом.

12 636

Для того чтобы понять, вредна ли микроволновая печь, необходимо иметь представление, что же такое микроволны . Для этого обратимся не к слухам, а к научным данным физики, которая объясняет природу и свойства всех физических явлений.

Что такое микроволны и их место в спектре электромагнитных излучений.
Микроволны — это один из видов электромагнитного излучения. А, как известно, электромагнитное излучение Солнца — основной источник энергии для жизни на Земле. Оно состоит из видимого и невидимого излучения.

Все цвета, которые мы видим — это видимая часть излучения. Невидимая — это радиоволны, инфракрасное (тепловое), ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма излучение. Все эти волны — проявления одного и того же явления — электромагнитного излучения, а отличаются они длиной волн и частотой колебаний. Чем больше длина волн, тем меньше частота их колебаний. Эти параметры определяют свойства того или иного вида излучений.

Весь спектр электромагнитных волн можно последовательно расположить по мере уменьшения длины волны (а соответственно увеличения частоты колебаний) в следующем порядке:

1. Радиоволны — электромагнитные волны с длиной волны более 1мм. Они включают: a) Длинные волны — длина волны от 10 км до 1 км (частота 30 кГц — 300 кГц);
   b) Средние волны — длина волны от 1 км до 100 м (частота 300кГц -3МГц);
   c) Короткие волны — длина волны от 100 м до 10 м (частота 3 — 30МГц);
   d) Ультракороткие волны с длиной волны меньше 10 м (частота 30МГц — 300 ГГц). Ультракороткие волны в свою очередь делятся на:
   метровые, сантиметровые (в том числе микроволны ), миллиметровые волны.
   Микроволны — это вид электромагнитной энергии, находящийся в шкале частот между радиоволнами и инфракрасным излучением. Поэтому они обладают некоторыми свойствами своих соседей. Микроволны или волны сверхвысоких частот (СВЧ) — это короткие электромагнитные радиоволны с длиной волны 1 мм — 1 м (частота меньше 300мгц). Сверхвысокочастотным (СВЧ) излучением его называют потому, что он имеет самую большую частоту в радиодиапазоне. Физическая природа излучения микроволн такая же, что и у радиоволн. Они используются для телефонной связи, работы Интернета, передачи телевизионных программ, в микроволновых печах.
2. Инфракрасное излучение — электромагнитные волны с длиной волны 1 мм — 780 нм (частота 300 ГГц — 429 ТГц). Его ещё называют «тепловое» излучение, так как оно воспринимается кожей человека как ощущение тепла.
3. Видимое излучение — электромагнитные волны с длиной волны 780-380 нм (частота 429 ТГц — 750 ТГц).
4. Ультрафиолетовое излучени е — электромагнитные волны с длиной волны 380 — 10 нм (частота 7,5 1014 Гц — 3 1016 Гц).
5. Рентгеновское излучение — электромагнитные волны с длиной волны 10 нм — 5 пм (частота 3 1016 — 6 1019 Гц).
6. Гамма лучи — электромагнитные волны с длиной волны меньше 5 пм (частота более 6 1019 Гц).

От длины волны и частоты зависит количество энергии, которую она переносит. Волны с большой длиной волны и низкой частотой несут мало энергии. Волны с малой длиной волны и большой частотой — много. Чем большей энергией обладает излучение, тем более губительный эффект оно оказывает на человека.

По способности вызывать такой эффект как ионизация вещества все вышеуказанные виды электромагнитного излучения делятся на 2 категории: ионизирующее и неионизирующее .
Отличаются эти 2 вида излучений количеством энергии, которую они несут.

1. Ионизирующее излучение иначе называют радиоактивным. К нему относятся рентгеновское, гамма-излучение, и в отдельных случаях ультрафиолетовое.
Ионизирующее излучение отличается высокой энергией, способной ионизировать вещества, и вызывает такие изменения в клетках, которые нарушают ход биологических реакций в организме и представляют опасность для здоровья.
Максимальная энергия присуща гамма-излучению. В результате его воздействия пища становится радиоактивной, а у человека развивается лучевая болезнь. Именно поэтому для живого организма очень опасно воздействие всех ионизирующих излучений.

2. Неионизирующее излучение — радиоволны, инфракрасное, видимое излучение.
Эти виды излучения обладают недостаточной энергией для ионизации вещества, поэтому не могут изменить структуру атомов и молекул. Границей между неионизирующим и ионизирующим излучением обычно считают длину волны примерно в 100 нанометров.
Энергии длинных радиоволн недостаточно даже для того, чтобы нагреть что-либо — они просто пройдут насквозь любой пищи. Энергия инфракрасного излучения (тепловая) поглощается всеми предметами, в том числе пищей, поэтому успешно используется, например, в тостерах. Микроволны занимают среднее положение ними и поэтому также обладают невысокой энергией.

Микроволны , использующиеся в СВЧ-печах.
В бытовых микроволновых печах используются микроволны с частотой излучения 2450 МГц (2,45 ГГц) и длиной волны примерно 12 см. Эти показатели значительно ниже частот рентгеновских и гамма-лучей, которые вызывают ионизирующий эффект и опасны для человека. Микроволны располагаются между радио- и инфракрасными волнами, т.е. они обладают недостаточной энергией для ионизации атомов и молекул.
В исправных СВЧ — печах микроволны непосредственно на человека не воздействуют. Они поглощаются пищей, вызывая эффект образования тепла.
Микроволновые печи не создают ионизирующее излучение и не излучают радиоактивные частицы, поэтому не обладают радиоактивным воздействием на живые организмы и продукты питания. Они генерируют радиоволны, которые по всем законам физики не могут изменить атомно-молекулярную структуру вещества, они могут только нагревать его.
Итак, микроволны — это разновидность радиоволн. Находясь в шкале частот между радиоволнами и инфракрасным излучением, они обладают общими с ними свойствами.
Однако, ни тепло, ни радиоволны, которые окружают нас повсюду, никак не влияют на пищу, а, следовательно, нет особых причин ожидать этого и от микроволн.

По этой же теме:

В наш век технического прогресса на кухне у хозяйки появилось много помощников, существенно облегчающих ей жизнь, особенно при сильно загруженной рабочей неделе. Одним из таких помощников может считаться микроволновка с конвекцией. Не каждый знает об этом режиме, а значит, и не все им пользуются. А зря! Ведь в СВЧ-печи можно не только разогревать блюда и размораживать мясо (что делает большинство хозяек!), но и варить каши и даже выпекать бисквит, пирожки и нежнейшие пирожные. А позволит это сделать как раз конвекция.

Что такое конвекция?

Такое явление, как конвекция, встречается в природе, когда происходит теплопередача, в процессе которой внутренняя энергия передается в виде струй и потоков (например, при образовании облаков). Но, поставленная на службу человеком, она стала осуществляться принудительным путем. С помощью конвекции в различных агрегатах может перемещаться по кругу вода или воздух.

Добавление подобной функции в микроволновой печи позволило расширить возможности приготовления различных блюд. Первоначальные модели печей были оснащены только функцией гриля. Можно было приготовить нежнейшую курицу с хрустящей корочкой и не более того.

СВЧ-печь с конвекцией можно считать полноценным духовым шкафом. Благодаря встраиваемому вентилятору, расположенному на задней панели микроволновки, нагнетается горячий воздух и циркулирует внутри рабочей камеры. Конечно, подобные модели имеют большие, по сравнению с прочими, габариты, да и электроэнергии забирают немало. Но зато взамен вы получите прекрасно запеченное мясо, рыбу, воздушные пироги, и не с пригоревшей твердой коркой, как это подчас бывает в обычной духовке, а с мягкой, но хорошо пропеченной.

Пожалуй, чаще всего пользуются такой микроволновкой хозяйки, снимающие квартиру. Как правило, на съемных квартирах стоят допотопные или простейшие газовые плиты, в которых нет приличной духовки, а значит, невозможно приготовить семейный ужин или праздничный обед. Микроволновая печь с конвекцией дает такую возможность практически любой хозяйке.

Как выбрать нужную модель

На вкус и цвет, как говорится, товарищей нет. Всегда сложно делать выбор, ориентируясь исключительно на чье-либо мнение. Если вы хозяйка огромной кухни с кучей всякой встроенной техники, включая духовой шкаф, а также при наличии мультиварки и аэрогриля, то СВЧ-печь, возможно, вам и не нужна, ну разве что для разогрева или разморозки продуктов.

А вот если отношения с газовой духовкой не сложились, так как все время пригорают пироги, а запеченная курица напоминает больше высушенный башмак, то, конечно, стоит купить современную печь, объединяющую в себе три функции:

• микроволны
• гриль
• конвекция

В современных приборах используются нагревательные элементы двух видов - тэновый и кварцевый. Тэн - это металлическая спираль с нагревательным элементом, находящимся внутри. Как правило, он устанавливается в верхней части рабочей камеры и дает возможность пользоваться грилем каждый раз, когда вам этого хочется. В некоторых моделях тэн можно даже поднимать, опускать, вообще, размещать у задней стенки, если этого требует форма или размер используемых продуктов.

Кварцевый же гриль есть не что иное, как туго свитая проволока из сплава никеля и хрома, являющегося, как известно, жаростойким. Эта проволока вставлена в трубку из кварцевого стекла и неподвижно крепится в верху печи над рабочей камерой. Таким грилем пользоваться намного удобней, потому что он не занимает рабочее пространство камеры, более эргономичный, так как быстрее нагревается, и чистить его намного проще. А еще можно для гриля поставить свой уровень нагрева.

Выбирая конкретную модель микроволновой печи, конечно, можно просмотреть тысячи отзывов на форумах, посоветоваться с несколькими консультантами, но выбор все равно будет за вами.

Если вы опытная хозяйка с большим стажем готовки, то сможете приноровиться и к любой модели СВЧ. Пусть и не получится с первого раза пышный пирог или стейк из рыбы с запеченной корочкой, но со второго раза опыт появится.

В конце концов, в дорогих моделях, оснащенных и грилем, и конвекцией, есть автоматические программы, включающие даже различные кухни мира. Неопытной хозяйке будет достаточно просто выбрать продукты, сложить в специальную посуду и просто задать нужную программу, которая сама выберет время приготовления, мощность нагрева и даже сочетание или последовательность режимов: микроволн, гриля или режима с грилем и конвекцией.

Как пользоваться режимом конвекции

Если вы давно и успешно пользовались услугами микроволновой печи просто для разогрева, а теперь наконец приобрели современную и усовершенствованную печь с конвекцией, то пришла пора познакомиться с самыми простым правилами ее использования. Итак, несколько советов для начинающих:

1. Готовьте в специальной посуде из жаропрочного стекла, предназначенной для данного вида микроволновой печи.
2. Готовьте блюда в небольшом объеме, чтобы они равномерно пропеклись.
3. Используйте при готовке специальную подставку в виде решетки на ножках (как правило, она есть в комплекте с любой печью). Такая подставка во время приготовления позволяет циркулировать горячему воздуху вокруг всего объема блюда, что и позволит равномерно на него воздействовать.
4. Если хочется получить румяную корочку, лучше использовать комбинированный с грилем режим. Кроме того, такой способ приготовления сокращает время приготовления на 15-20 минут, что позволит сэкономить и электроэнергию, и ваше время, что не менее ценно.
5. Перед началом запекания мяса и рыбы или выпекания пирогов рекомендуется для начала разогреть рабочую камеру в течение 10-15 минут.
6. 6.Экспериментируйте с разными продуктами и режимами, чтобы постоянно радовать своих родных и друзей.

Покупать или не покупать микроволновую печь?

Как раз таким вопросом задаются многие покупатели, приходя сегодня в магазин бытовой техники. Каковы же на самом деле плюсы и минусы СВЧ-печи с микроволнами, грилем и конвекцией? Возможно, следующее сравнение поможет определиться со своим выбором.

Если у вас старенькая СВЧ-печка и вы не пользовались микроволновой печью с конвекцией и грилем, то настало самое время осваивать новые технологии.

Достойным представителем такого класса агрегатов можно считать модель Panasonic NN-CS596S. Она основана на инверторной технологии приготовления, и блюда получаются не только красивыми и аппетитными, но и обладают прекрсными вкусовыми качествами.

Есть достойные модели и в компании Samsung, LG, Redmond - словом, у всех мировых производителей бытовой техники. Если вам нравится современный дизайн, при этом кухня не столь велика, чтобы воплотить все самые смелые мечты в ее оформлении, то покупка современной микроволновой печи, оснащенной самыми передовыми технологиями, действительно, и уют поможет создать, и блюдам придать настоящий домашний вкус, и место на кухне сэкономить. А вот старую печь можно увезти на дачу, чтобы просто разогревать в ней еду.

Надо ли верить мифам?

По поводу использования микроволновых печей появилось так много мифов, что настала пора их развенчать. Вот самые распространенные из них.

Миф 1. СВЧ-волны изменяют молекулярную структуру продуктов

Многие люди считают, что микроволны изменяют строение продуктов на молекулярном уровне, что может оказать негативное воздействие на человека. Но нужно понимать, что микроволны только нагревают продукты, это не ионные или радиационные излучатели, а значит, никакого вреда не приносят.

Миф 2. В такой пище много канцерогенов

Если вспомнить химию, то канцерогенные вещества образуются при соединении масла с высокой температурой. А это чаще происходит либо при жарке, либо в духовке. Приготовление в микроволновке, наоборот, больше приближено к пароварке, так как масла совсем не используется, то есть такая еда принесет только пользу.

Миф 3. Опасно находиться рядом с работающей печью

Во время работы микроволновой печи все ткани и клетки человека будут испытывать на себе излучение, что принесет вред. Но сейчас половина приборов, включая мобильный телефон и компьютер, излучает электромагнитные волны, а мы проводим рядом с ними значительно больше времени. А у печи есть металлический корпус, вполне защищающий от воздействия данного излучения. Вот кому действительно нельзя находиться возле работающего агрегата - так это тем, у кого стоит кардиостимулятор.

Верить или не верить мифам - в конце концов, дело лично каждого. А вот задуматься о приобретении современной микроволновой печи с конвекцией и грилем, пожалуй, стоит многим.