Принцип действия микроволновой печи

Принцип работы микроволновой печи

Принцип действия микроволновой печи и возможности устройства

Принцип работы микроволновой печки заложен в ее названии — воздействие на тело (в данном случае продукты) — сверхвысокочастотным излучением (СВЧ-излучением или просто СВЧ).

Под воздействием высокочастотных электромагнитных колебаний продукты нагреваются до высокой температуры, что позволяет разогревать или даже готовить блюда без использования классических термонагревателей.

Кстати, этот же метод используется не только для приготовления пищевых продуктов, но и для тепловой обработки технических изделий: отжига и закалки, скажем, сверл, шестеренок, ножей и т. п.

Главное условие, необходимое для работы микроволновки, — наличие в объекте так называемых полярных молекул.

Именно на них и воздействует электромагнитное поле прибора. К счастью, практически во всех продуктах питания (за исключением, разве что, полностью обезвоженных) присутствует вода, которая и состоит из таких молекул.

Попадая в мощное переменное электромагнитное поле, такие молекулы начинают быстро менять свое положение, следуя за постоянно изменяющимся направлением магнитного поля. Благодаря переменному электромагнитному полю полярные молекулы воды начинают быстро вращаться.

Основное же отличие воздействия микроволнового излучения на объект от обычного трения или нагрева открытым пламенем состоит в том, что нагревается не только поверхность предмета, но и глубинные его слои.

Это обусловлено тем, что СВЧ излучение действует не только на поверхности объекта, но и проникает вглубь него, заставляя молекулы двигаться и нагреваться.

Глубина проникновения зависит от частоты излучения. И для стандартных микроволновых печей, работающих на частоте 2.4 ГГц, составляет 1.5–2.5 см. Нетрудно догадаться, что, к примеру, пирожок, помещенный в СВЧ печь, прогреется полностью и равномерно и изнутри, и снаружи. Причем сделает он это за самое короткое время, поскольку скорость нагрева тела в СВЧ поле составляет 0.3-0.5 градусов в секунду. 10 секунд — +5 градусов. Минута — +30 градусов.

Достоинства и недостатки

  1. Высокая скорость прогрева. Поскольку обработка высокочастотным (ВЧ) полем ведется одновременно по всему объему, продукт разогревается исключительно быстро — за считаные минуты.
  2. Равномерный прогрев. Благодаря равномерному прогреву нет необходимости нагревать его внешний слой до повышенной температуры. Это исключает подгорание.
  3. Возможность автоматизации приготовления. При использовании СВЧ печи отпадает необходимость следить за процессом — мешать, переворачивать и пр. Достаточно указать вес и тип заложенного продукта и описать необходимую операцию: прогрев, готовка и пр. Все остальное прибор сделает самостоятельно.
  4. Невозможность обжарки. СВЧ поле, в отличие от сковороды или гриля, прогревает продукты равномерно, а значит не в состоянии их зажарить до хрустящей корочки.

Единственным, казалось бы, недостатком является невозможность обжаривания, но и этот вопрос конструкторы решили, оснастив устройство обычными термоэлектронагревателями, как у электродуховки.

Устройство СВЧ печи

Сердцем любой подобной печки является специальный генератор, создающий высокочастотное электромагнитное поле большой интенсивности.

Называется он магнетроном.

Поле, им созданное, при помощи волноводов специальной конструкции направляется в камеру для продуктов.

Делает он это таким образом, что весь внутренний объем камеры «заполняется» полем равномерно, обеспечивая качественный прогрев продуктов любого объема.

Дополнительно этому способствует и вращающийся поддон, которым оснащают большинство микроволновок.

Магнетрон занимает самое почетное место под крышкой прибора.

Контролирует работу ВЧ генератора электронный блок, собранный на микропроцессоре.

Встроенные в блок микропрограммы позволяют устанавливать желаемый режим приготовления продуктов, контролируют температуру в камере, влажность, время приготовления.

Они же следят и за безопасностью использования печки — закрыта ли защитная дверца, нет ли пробоя изоляции, не поднялась ли температура внутри камеры выше критической и пр.

Управление контроллером осуществляется с пультов того или иного типа — кнопочных, сенсорных и пр.

Блок питания обеспечивает энергией всю электронику и сам магнетрон.

Принцип микроволнового воздействия

Принцип работы микроволновки кардинально отличается от обычных духовок. Продукты, пронизанные волнами сверхвысокочастотного диапазона, греются по всему объему, а не по поверхности, как при тепловом воздействии. Именно поэтому процесс разогрева/разморозки так краток.

Нагревание еды происходит благодаря физическому явлению — электромагнитные СВЧ-поля преобразуются в тепло. В СВЧ-печке греется только сам продукт, не тратится энергия на нагрев самой камеры, а значит, экономится энергия.

Микроволновое действие способно за минуты поднять температуру объекта до величины, необходимой пользователю. Это особенно удобно при разморозке: огромный кусок замороженного мяса можно разогреть за считаные минуты, не изменив его свойств.

Нагрев пищи спровоцирован действием высокочастотных волн, их частота — 2 450 МГц. Эти микроволны, проходя внутрь объекта, поляризуют молекулы воды. Под действием излучения молекулы строятся вдоль силовых линий электромагнитного поля.

Направленное перемещение молекул вызывает повышение температуры продукта по всему объему. Микроволны, проникая в глубину объекта на 2,5–3 см, разогревают молекулы воды, а разогретые участки объекта передают тепло далее — таким путем прогревается весь объем.

Принцип действия микроволновой печи

СВЧ печи или так называемые микроволновки стали устройствами, которые располагаются на кухне практически каждого человека. С их помощью можно легко подогреть уже приготовленную продукты, или же разморозить их. Некоторые умельцы научились готовить в СВЧ-печи огромное количество блюд или произвести дезинфекцию губки или тряпочки. Если вас интересует принцип работы и устройство микроволновой печи, то мы постараемся ответить на него в данной статье.

Для того, чтобы пользователю было удобно управлять устройством, в его конструкцию был включён интуитивно понятный интерфейс, который оснащается системой защиты от детей и программами для быстрого приготовления пищи. В случае возникновения каких-либо неисправностей, Вы сможете, в большинстве случаев, исправить их самостоятельно.

Принцип работы СВЧ печи

Для того, чтобы разогреть пищу, вам необходимо поместить посуду с продуктами в микроволновую печь и выбрать программу, в случае применения быстрого разогрева, необходимо установить время. Продукты нагреваются путём воздействия на них мощного электромагнитного излучения. Частота микроволновки, которые устанавливают на кухне, составляет 2450 МГц. Как происходит, нагрев пищи: Высокочастотные волны проникают вглубь продуктов и начинают воздействовать на полярные молекулы (чаще всего воду), приводя их в циклическое движение вдоль силовых линий электромагнитных полей.

Благодаря применению данного способа, нагрев пищи происходит не только снаружи, но и внутри продуктов. В большинстве моделей, используемых на кухне, этот показатель составляет от 2.5 до 3х сантиметров.

Смотрите также:

При помощи чего создаются данные волны?

Для генерации радиоволн данной частоты, применяют специально устройство, называемое магнетроном, который представляет из себя электровакуумный диод состоящий из крупного цилиндрического анода, выполненного из меди, который сочетает в себе 10 секторов стенки, и они также изготовлены из меди.

В центре устройства расположен стержневой катод, с нитью внутри канала. Катод предназначен для эмиссии электродов. Для того, чтобы агрегат генерировал СВЧ-излучение, нужно создать магнитное поле в полости магнетрона. Для этого используют мощные кольцевые магниты, которые располагаются по торцам детали.

Для создания эмиссии, необходимо к аноду подать напряжение в четыре тысячи вольт, а к нити канала всего три.

Для съёма энергии, в строении устройства предусмотрены проволочные петли, которые подключены к катоду, а тот в свою очередь выведен в так называемую «излучательную антенну». С данного устройства вырабатываемое излучение уходит непосредственно в волновод, который и распределяет его по всей главной камере. Зачастую стандартная мощь данного элемента, который устанавливают в большинстве моделей микроволновок, составляет порядка 810 Вт.

Если для подогрева или приготовления пищи необходима меньшая мощность, то магнетрон попросту циклично включается и отключается.

В науке данное явление называют широтно-импульсной модуляцией. Для того, чтобы устройство выдало 400 Вт, а именно половину от своей выходной мощности в течении 20-секундного интервала, необходимо на 10 секунд обесточить магнетрон, а после чего подать электроэнергию на те же 10 секунд.

Устройство в процессе работы генерирует большое количество тепла, поэтому для его охлаждения, элемент устанавливают в пластинчатый радиатор, для того, чтобы он постоянно обдувался воздушными потоками, благодаря небольшому кулеру, встроенному в микроволновку. В случае перегрева, данный элемент конструкции может просто на просто выйти из строя, по этому его оснащают защитным устройством, а именно термопредохранителем.

Смотрите также – Какую посуду безопасно ставить в микроволновую печь

Предназначение термопредохранителя

Для того, чтобы обезопасить магнетрон и гриль, который устанавливают в некоторых моделях микроволновок, от перегрева, в конструкции предусмотрена установка термореле, или как их ещё называют термопредохранители. Они разделяются по способности выдерживать различное количество тепла, для того, чтобы узнать какой именно у Вас, необходимо найти на корпусе устройства наклейку с информацией или посмотреть в техническом паспорте устройства.

На самом деле устройство довольно просто в принципе понимания его работы. Корпус изделия изготовлен из алюминиевого сплава. Крепление устройства происходит при помощи фланцевого соединения, которое способно обеспечить плотное прилегание с тем участком, где непосредственно будут производиться замеры температур. Внутри корпуса располагается биметаллическая пластина, которую изготавливают с расчетом на сопротивление определенным температурам.

В случае превышения заданного порога, пластина попросту сжимается и тем самым приводит в действие толкатель, который предназначен для размыкания контактной группы. Подача электроэнергии прерывается и печь перестаёт функционировать. Постепенно остывая, пластина возвращает свою изначальную форму и заново замыкает контакты.

Предназначение кулера в микроволновой печи

Кулер – это один из наиважнейших компонентов СВЧ печи, без него будет полноценного функционирования устройства. Благодаря нему осуществляются следующий функциональные задачи:

  • Охлаждение магнетрона, для обеспечения его исправной работы.
  • Охлаждение иных компонентов системы, которые также могу выделять тепло, таких как электронные схемы.
  • Некоторые модели микроволновок оборудованы функцией гриля и для охлаждения термореле устанавливают кулер.
  • Для создания избыточного давления в полости где размещают пищу. Благодаря чему происходит отвод воздуха и паров, которые удаляются через специализированные вентиляционные пути.

В микроволновых печах охлаждение осуществляется с помощью одного вентилятора, который распределяет воздух по камере при помощи специальных воздуховодных отверстий, которые направляют воздух на запчасти для их охлаждения.

Смотрите также – Как повесить кронштейн на стенку для микроволновки

Каким образом обеспечивается защита от микроволнового излучения

Так как магнетрон излучает сильное электромагнитное излучение, которое может нанести вред человеческому организму и домашним питомцам, в устройстве применяют многоуровневую систему защиты.

Рабочая камера устройства покрывается эмалью для блокирования излучения, а сверху закрывается металлическим кожухом, который полностью пресекает его выход наружу.

Для защиты стеклянного окошка, в дверце устройства, применяют сетку с мелкими ячейками, которая изготовлена из стали, и она блокирует излучение до 2450 Гц, с волнами длиной до 12 см.

Читайте также  Какой отпариватель лучше купить

Дверца должна хорошо прилегать к корпусу и не иметь никаких зазоров. В случае, когда просвет между ними увеличивается, необходимо проверить петли и вернуть её в изначальное состояние.

Между ними могут образовываться постоянные электромагнитные волны, которые располагаются непосредственно в месте соприкасания дверцы и корпуса устройства, и имеет нулевое амплитудное значение, именно поэтому излучаемые волны не смогут распространится за пределы корпуса. Данный метод в науке был назван как «СВЧ дроссель».

Устройство защищено от включения с открытой камерой системой микропереключателей, которые контролируют и фиксируют положение дверцы в нём. Чаще всего в устройстве предусмотрено от трёх подобных переключателей:

  1. Выключающий магнетрон.
  2. Контролирующий лампочку подсветки.
  3. Переключатель контролирующий положение дверцы и информирующий блок управления о её положении.

Блок управления устройством

Командоаппарат устанавливаются в каждое устройство выпускаемое на данный момент, он обеспечивает выполнение двух функций:

  1. Поддержание заданной мощности устройства.
  2. Выключение устройства после выполнения заданной операции.

В старых моделях устройство выполнено из двух электромеханических переключателей, которые отвечали за вышеописанные функции. С течением времени технологии развивались и были придуманы блоки с электроуправлением. На данный момент в устройства устанавливают микропроцессоры, которые могут оснащается дополнительными программами для упрощения пользования, некоторыми функциями: автоматическая разморозка продуктов и приготовление определённых блюд, встроенные часы, индикаторы отображающие мощности, звуковые сигналы о завершении процесса.

Командный панель управления оснащается личным блоком питания, который подпитывает его автономном режиме, во время работы микроволновой печи.

Вывод

В данной статье мы рассмотрели принцип работы и устройство микроволновой печи, ознакомились с её внутренней составляющей и возможным применением устройства в домашнем пространстве. Несомненно, она сможет облегчить жизнь любого на кухне и сэкономит уйму времени.

В микроволновой печи скрывается мощное и опасное СВЧ оружие

Этот пост будет про недокументированные функции микроволновой печи. Я покажу, сколько полезных вещей можно сделать, если использовать слегка доработанную микроволновку нестандартным образом.

В микроволновке находится генератор СВЧ волн огромной мощности
Вскрываю корпус

Сразу хочу предупредить, электромагнитное излучение СВЧ диапазона может нанести вред вашему здоровью, а высокое напряжение вызвать летальный исход. Но меня это не остановит.
Сняв крышку с микроволновки, можно увидеть большой трансформатор: МОТ. Он повышает напряжение сети с 220 вольт до 2000 вольт, что бы питать магнетрон.

В этом видеоролике я хочу показать, на что способно такое напряжение:

Антенна для магнетрона

Сняв магнетрон с микроволновки я понял, что включать просто так его нельзя. Излучение распространится от него во все стороны, поражая всё вокруг. Не долго думая я решил смастерить направленную антенну из кофейной банки. Вот схема:

image

Теперь всё излучение направленно в нужную сторону. На всякий случай я решил проверить эффективность этой антенны. Взял много маленьких неоновых лампочек и выложил их на плоскости. Когда я поднёс антенну с включенным магнетроном, то увидел, что лампочки загораются как раз там где нужно:

Необычные опыты

Сразу хочу отметить, СВЧ значительно сильнее влияет на технику, чем на людей и животных. Даже в 10 метрах от магнетрона, техника давала сильные сбои: телевизор и муз-центр издавали страшный рычащий звук, мобильный телефон вначале терял сеть, а потом и вовсе завис. Особо сильное влияние магнетрон оказывал на wi-fi. Когда я поднёс магнетрон близко к музыкальному центру, с него посыпались искры и к моему удивлению он взорвался! При детальном осмотре обнаружил, что в нём взорвался сетевой конденсатор. В этом видео я показываю процесс сборки антенны и влияние магнетрона на технику:

Используя не ионизирующее излучение магнетрона можно получить плазму. В лампе накаливания, поднесённой к магнетрону, зажигается ярко светящийся желтый шар, иногда с фиолетовым оттенком, как шаровая молния. Если вовремя не выключить магнетрон, то лампочка взорвётся. Даже обычная скрепка, под воздействием СВЧ превращается в антенну. На ней наводится ЭДС достаточной силы, что бы зажечь дугу и расплавить эту скрепку. Лампы дневного света и «экономки» зажигаются на достаточно большом расстоянии и светятся прямо в руках без проводов! А в неоновой лампе электромагнитные волны становятся видимыми:

Хочу вас успокоить, мои читатели, ни кто из моих соседей не пострадал от моих опытов. Все ближайшие соседи сбежали из города, как только в Луганске начались боевые действия.

Техника безопасности

Я настоятельно не рекомендую повторять описанные мною опыты потому, что при работе с СВЧ требуется соблюдать особые меры предосторожности. Все опыты выполнены исключительно с научной и ознакомительной целью. Вред СВЧ излучения для человека ещё не до конца изучен. Когда я близко подходил к рабочему магнетрону я чувствовал тепло, как от духовки. Только изнутри и как бы точечно, волнами. Больше ни какого вреда я не ощутил. Но всё же настоятельно не рекомендую направлять рабочий магнетрон на людей. Из-за термического воздействия может свернуться белок в глазах и образоваться тромб в крови. Так же ведутся споры о том, что такое излучение может вызвать онкологические и хронические заболевания.

Необычные применения магнетрона

1 — Выжигатель вредителей. СВЧ волны эффективно убивают вредителей, и в деревянных постройках, и на лужайке для загара. У жучков под твёрдым панцирем есть влагосодержащее нутро (какая мерзость!). Волны его в миг превращают в пар, при этом не причиняя вреда дереву. Я пробовал убивать вредителей на живом дереве (тлю, плодожорок), тоже эффективно, но важно не передержать потому, что дерево тоже нагревается, но не так сильно.
2 — Плавка металла. Мощности магнетрона вполне хватает для плавки цветных металлов. Только нужно использовать хорошую термоизоляцию.
3 — Сушка. Можно сушить крупы, зерно и т. п. Преимущество этого метода в стерилизации, убиваются вредители и бактерии.
4 — Зачистка от прослушки. Если обработать магнетроном комнату, то можно убить в ней всю нежелательную электронику: скрытые видеокамеры, электронные жучки, радиомикрофоны, GPS слежение, скрытые чипы и тому подобное.
5 — Глушилка. С помощью магнетрона легко можно успокоить даже самого шумного соседа! СВЧ пробивает до двух стен и «успокаивает» любую звуковую технику.

Это далеко не все возможные применения испытанные мной. Эксперименты продолжаются и вскоре я напишу ещё более необычный пост. Всё же хочу отметить, что использовать так микроволновку опасно! Поэтому лучше так делать в случаях крайней необходимости и при соблюдении правил безопасности при работе с СВЧ.

На этом у меня всё, соблюдайте осторожность при работе с высоким напряжением и микроволнами.

Микроволновая печь: история, устройство и принцип работы, регулирование производительности, аспекты безопасного использования

Перси Спенсеру было 50 лет, когда он работал инженером в американской военно-промышленной компании «Raytheon» («божественный луч»), активно занимавшейся производством оборудования для радаров.

На дворе был 1945 год, именно тогда Перси совершенно случайно обнаружил явление, которое спустя два года будет положено в основу первой микроволновой печи: во время очередного эксперимента с магнетроном, кусок шоколадки в кармане Спенсера вдруг начал плавиться без видимой на то причины.

Магнетрон — это устройство, которое выделяет электромагнитную энергию в виде микроволн. Первоначально использовавшаяся для радиолокационной техники.

Оказалось, что сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение способно эффективно разогревать пищевые продукты. Уже 8 октября 1945 года Перси Спенсеру был выдан патент на первую в мире СВЧ-печь, предназначенную для быстрого размораживания продуктов.

Первая размораживающая СВЧ-печь Radarange

В 1947 году была построена (уже можно было сказать, что сошла с конвейера) первая размораживающая СВЧ-печь под маркой «Radarange». Это была установка размером с большой современный холодильник, которая весила 340 кг при мощности в 3 кВт.

Первые массовые поставки СВЧ-печей «Radarange» для размораживания продуктов питания были направлены в столовые военных госпиталей и в солдатские столовые США. Начиная с 1949 года началось уже серийное производство данных печей, так что любой, кто мог позволить себе такую покупку, имел возможность приобрести СВЧ-печь для разморозки всего за 3000 долларов.

Зарождение идеи касательно производства бытовых микроволновок для разогрева пищи датируется 25 октября 1955 года, когда первая СВЧ-печь для домашнего использования была представлена американской компанией «Tappan Company». Серийное же производство домашних микроволновок началось в 1962 году японской компанией «Sharp», однако спрос на столь экзотическое бытовое изделие не был высоким.

Микроволновая печь ЭлектроникаВ СССР микроволновые печи «ЗИЛ», «Электроника» и «Мария МВ» начали выпускать в 80-е. В 1990 году была выпущена микроволновая печь «Днепрянка-1» объемом 32 литра, обладающая мощностью 1,3 кВт при мощности СВЧ-излучения 600 Вт, на магнетроне М-105-1.

Так началось массовое производство домашних микроволновок, позволяющих быстро размораживать пищу, разогревать ее, и даже готовить. Главное условие — чтобы помещаемый в СВЧ-печь продукт содержал в себе воду.

Принцип действия и устройство микроволновки

Суть в том, что электромагнитное излучение дециметрового диапазона приводит к ускорению движения полярных молекул диэлектрика (воды), обладающих определенным дипольным моментом.

Поскольку молекулы ускоряются, происходит их взаимодействие под действием СВЧ-излучения, то есть вещество поглощает электромагнитное излучение, при этом температура данного вещества повышается.

Оптимальное же диэлектрическое поглощение водой электромагнитного излучения происходит на частоте 2,45 ГГц, именно на этой частоте работают магнетроны современных СВЧ-печей.

Принцип действия и устройство микроволновки

Если сравнивать с обычными духовками, то в микроволновой печи происходит разогрев пищи не только по поверхности, но и по объему продукта, так как электромагнитная волна проникает в разогреваемое тело на глубину от 1,5 до 2,5 см, что ускоряет разогрев, дает среднее повышение температуры пищи равное 0,4 °С за секунду.

Устройство магнетрона

Для получения микроволнового излучения с заданной длиной волны, в СВЧ-печи применяется магнетрон со специально рассчитанными конструктивными параметрами. Излучение, генерируемое магнетроном, передается через волновод и концентрируется в камере, в которую помещается разогреваемое блюдо.

Магнетрон СВЧ-печи

Камера закрывается металлической дверцей, предотвращающей распространение СВЧ-волн за ее пределы. Питание магнетрона традиционно осуществляется от вторичной обмотки высоковольтного трансформатора (МОТа) с выходным напряжением 2000 вольт, которое повышается схемой удвоения (состоящей из конденсатора и диода). Накал катода магнетрона обеспечивает специальная вторичная обмотка с напряжением 4 вольта от того же трансформатора.

Схема включения магнетрона

Классическим способом автоматической регулировки тепловой производительности микроволновой печи является тот же, что применяется в утюгах и в бытовых нагревательных приборах: магнетрон периодически включается и выключается, с тем чтобы средняя тепловая мощность, подаваемая в камеру в форме электромагнитных волн, получилась бы равна заданной пользователем. Современная СВЧ-печь

Читайте также  Какой увлажнитель воздуха купить

Аспекты безопасного использования микроволновых печей

Согласно научным данным, прямое воздействие СВЧ-волн на тело человека порождает ощутимый тепловой эффект, а в случае длительного (или мощного) воздействия — способно привести к местному перегреву и вызвать серьезные ожоги.

Так, при плотности микроволновой мощности в районе 35 мВт/кв.см человек чувствует нагрев. Продолжительное воздействие при плотности мощности более 100 мВт/кв.см вызывает катаракту и может привести к временному бесплодию.

Уровень плотности СВЧ в 10 мВт/кв.см считается безопасным. Применительно же непосредственно к микроволновым печам, согласно европейскому стандарту, на расстоянии 5 см от микроволновой печи предельный уровень плотности мощности не должен превышать 1 мВт/кв.см, а на расстоянии 50 см от печи — не должен быть более 0,01 мВт/кв.см. Именно этим стандартам соответствуют современные микроволновые печи на момент их изготовления.

Кстати, открытая дверца печи всегда блокирует ее включение, то есть СВЧ-печь никогда не должна работать с открытой дверцей.

Встраиваемая микроволновая печь на кухне

Теперь о воздействии СВЧ-волн на электропроводящие вещества (особенно на металлы). Волна, конечно, не проникает внутрь металлических предметов, однако она способна навести в металле индуцированные токи, в том числе вихревые токи, которые, в свою очередь, сильно разогревают металл.

По этой причине у вас не получится эффективно разогреть еду в металлической посуде с помощью СВЧ-печи. Что и говорить о посуде с металлическими рисунками и каемками, которые легко разрушаются под действием СВЧ-волн (от индуцируемых вихревых токов), что просто портит посуду.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Микроволновая печь

Микроволно́вая печь или СВЧ-печь (устаревшее ударение микрово́лновая [1] ) — электроприбор, предназначенный для быстрого приготовления или подогрева пищи, размораживания продуктов в быту с использованием электромагнитных волн дециметрового диапазона (обычно с частотой 2450 МГц).

В промышленности эти печи используются для сушки, разморозки, плавления пластмасс, разогрева клеев, обжига керамики и т. д. В некоторых промышленных печах частота излучения может варьироваться (так называемые англ.  variable frequency microwave, VFM ).

В отличие от классических печей (например, духовки или русской печи), разогрев продуктов в микроволновой печи происходит не только с поверхности, но и по объёму продукта, содержащему полярные молекулы (например, воды), так как радиоволны данной частоты проникают и поглощаются пищевыми продуктами на глубине примерно 2,5 см. Это сокращает время разогрева продукта. [2]

Содержание

Устройство

Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:

    , с металлизированной дверцей, камера (в которой концентрируется высокочастотное излучение, например 2450 МГц), куда помещаются разогреваемые продукты;  — источник высоковольтного питания магнетрона;
  • цепи управления и коммутации;
  • непосредственно СВЧ-излучатель — магнетрон; для передачи излучения от магнетрона к камере;
  • вспомогательные элементы:
    • вращающийся столик — необходим для равномерного разогрева продукта со всех сторон;
    • схемы и цепи, обеспечивающие управление (таймер) и безопасность (блокировки режимов) устройства; , охлаждающий магнетрон и проветривающий камеру.

    Разновидности

    • с грилем
    • с конвекцией (означает, что МВП может обдувать продукт горячим воздухом таким же образом, как обычная духовка).

    Принцип работы

    Нагрев в печи основан на принципе так называемого «дипольного сдвига». Молекулярный дипольный сдвиг под действием электрического поля происходит в материалах, содержащих полярные молекулы. Энергия электромагнитных колебаний поля приводит к постоянному сдвигу молекул, выстраиванию их согласно силовым линиям поля, что и называется дипольным моментом. А так как поле переменное, то молекулы периодически меняют направление. Сдвигаясь, молекулы «раскачиваются», сталкиваются, ударяются друг о друга, передавая энергию соседним молекулам в этом материале. Так как температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии движения атомов или молекул в материале, значит, такое перемешивание молекул по определению увеличивает температуру материала. Таким образом, дипольный сдвиг — это механизм преобразования энергии электромагнитного излучения в тепловую энергию материала.

    Нагрев в микроволновой печи в результате дипольного сдвига под действием переменного электрического поля зависит от характеристик молекул и межмолекулярного взаимодействия в среде. Для лучшего нагрева частоту переменного электрического поля нужно установить таким образом, чтобы за полупериод молекулы успели полностью перестроиться. Так как вода содержится практически во всех продуктах, частоту СВЧ излучателя микроволновой печи подобрали для лучшего разогрева именно молекул воды в жидком состоянии, в то время как лёд, жир и сахар нагреваются гораздо хуже. У льда замороженные молекулы воды удерживаются в кристаллической решётке, требуют для дипольного сдвига более низкой частоты (килогерцы вместо гигагерц, например, для удаления льда с линий электропередачи используется частота 33 кГц), и частота излучения, используемая в микроволновой печи, оказывается не оптимальной.

    Существует распространённое мнение о том, что микроволновая печь разогревает пищу «изнутри наружу». На самом деле микроволны идут снаружи внутрь, задерживаются в наружных слоях пищи, потому разогрев равномерно влажного продукта происходит приблизительно так же, как и в духовой печи (чтобы убедиться в этом — достаточно подогреть варёный картофель «в мундире», где тонкая кожура достаточно защищает продукт от высыхания). Неверное представление вызвано тем, что микроволны не воздействуют на сухие непроводящие материалы, которые обычно бывают на поверхности продуктов, и поэтому их нагревание в некоторых случаях начинается глубже, нежели при других способах нагрева (хлебные изделия, к примеру, разогреваются именно «изнутри», и именно по этой причине — хлеб и булочки снаружи имеют подсохшую корочку, а большинство влаги сосредоточено внутри).

    Мощность печи

    Мощность СВЧ-печей варьируется в диапазоне от 500 до 2500 Ватт и выше.
    Практически все бытовые печи позволяют пользователю регулировать уровень излучаемой мощности. Для этого нагреватель (магнетрон) периодически включается и выключается, согласно установке регулятора мощности (т. е. сам магнетрон имеет только два состояния — вкл./выкл., но чем больше длительность включённого состояния, по отношению к выключенному — тем больше излучённая мощность печи в единицу времени — метод т. н. широтно-импульсной модуляции). Эти периоды включения/выключения можно наблюдать во время работы печи непосредственно (слышать это в виде изменений шума, производимого работающей печью, а также — по изменению внешнего вида некоторых продуктов (надувания некоторых воздушных продуктов, в том числе — пакетов) и т. п.) во время включения и выключения магнетрона.

    Меры предосторожности

    Микроволновое излучение не может проникать внутрь металлических предметов, поэтому невозможно приготовить еду в металлической посуде. Металлическая посуда и металлические приборы (ложки, вилки), находящиеся в печи в процессе нагревания, могут вывести её из строя.

    Нежелательно помещать в микроволновую печь посуду с металлическим напылением («золотой каёмочкой») — даже этот тонкий слой металла сильно нагревается вихревыми токами и это может разрушить посуду в области металлического напыления.

    Нельзя нагревать в микроволновой печи жидкость в герметично закрытых ёмкостях и целые птичьи яйца — из-за сильного испарения воды внутри них создаётся высокое давление и, вследствие этого, они могут взорваться. Из этих же соображений нежелательно сильно разогревать сосисочные изделия, обтянутые полиэтиленовой плёнкой (либо, перед разогревом, проткнуть каждую сосиску вилкой).

    Разогревая в микроволновке воду, также следует соблюдать осторожность — вода способна к перегреванию, то есть, к нагреванию выше температуры кипения. Перегретая жидкость способна почти мгновенно вскипеть от неосторожного движения. Это относится не только к дистиллированой воде, но и к любой воде, в которой содержится мало взвешенных частиц. Чем более гладкой и однородной является внутренняя поверхность сосуда с водой, тем выше риск. Если у сосуда узкое горлышко, то велика вероятность, что в момент начала кипения перегретая вода выльется и обожжёт руки.

    История

    Американский инженер Перси Спенсер впервые заметил способность сверхвысокочастотного излучения к нагреванию продуктов и запатентовал микроволновую печь. В момент изобретения Спенсер работал в компании Raytheon, занимающейся изготовлением оборудования для радаров. По легенде, когда он проводил эксперименты с очередным магнетроном, Спенсер заметил, что кусок шоколада в его кармане расплавился. По другой версии, он заметил, что нагрелся бутерброд, положенный на включённый магнетрон. Возможно, причиной изобретения был как раз ожог, но из коммерческих соображений имидж прибора портить было нецелесообразно.

    Патент на микроволновую печь был выдан в 1946 году. Первая в мире СВЧ-печь «Radarange» была выпущена в 1947 году фирмой Raytheon и была предназначена не для приготовления пищи, а для быстрого размораживания продуктов и использовалась исключительно военными (в солдатских столовых и столовых военных госпиталей). Её высота была примерно равна человеческому росту, масса 340 кг, мощность — 3 кВт, что примерно в два раза больше мощности современной бытовой СВЧ-печи. В 1949 году началось их серийное производство. Стоила эта печь около 3000 $.

    25 октября 1955 года американская компания «Tappan Company» впервые представила бытовую микроволновую печь.
    Первая серийная бытовая микроволновая печь была выпущена японской фирмой Sharp в 1962 году. Первоначально спрос на новое изделие был невысок.

    В СССР с начала 80-х микроволновые печи выпускались на заводах ЗиЛ (модель «ЗИЛ») и Южный машиностроительный завод (модель «Мрия МВ»). Тамбовский завод «Электроприбор» (Модель «Электроника»); Днепровский машиностроительный завод им. Ленина (ДМЗ) выпускал «Днепрянка-1» (1990 г, 32 литра, мощность 2300 ватт, масса 40 кг, цена 350 руб) [3] и «Днепрянка-2», но использовались в них импортные магнетроны японского производства [источник не указан 946 дней] . Чертежи ДМЗ получил с завода «Радиотехника» [источник не указан 339 дней] .

    Утверждение о советском приоритете

    17 мая 2011 года газета «Труд» сообщила, что в её номере от 13 июня 1941 года в заметке была описана специальная установка, использовавшая токи ультравысокой частоты для обработки мясных продуктов и разработанная в лаборатории магнитных волн Всесоюзного научно-исследовательского института мясной промышленности. [4]

    Вопросы безопасности

    Электромагнитная безопасность

    Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы

    Предельно допустимые уровни плотности потока энергии в диапазоне частот 300 МГц — 300 ГГц в зависимости от продолжительности воздействия. При воздействии излучения 8 и более часов предельно допустимый уровень (ПДУ) — 0,025 мВт/см², при воздействии 2 часа, ПДУ — 0,1 мВт/см², а при воздействии 10 минут и менее, ПДУ — 1 мВт/см². [5]

    Мифы о СВЧ-печах

    • Упорно держатся утверждения, что железная тарелка может спровоцировать взрыв большой мощности (на самом деле, в худшем случае, она вызовет повреждение магнетрона из-за искрения).
    • Если долго держать включённой микроволновую печь на большой мощности, она своим мощным электромагнитным излучением может вывести из строя все электроприборы в радиусе нескольких метров. На самом деле, электромагнитное излучение вне рабочей камеры не больше, чем от задней стенки системного блока компьютера, правда вблизи она всё-таки может помешать приёму сигнала сотовым телефоном на близкой частоте. Некоторые модели печей могут создавать помехи Wi-Max, Wi-Fi и Bluetooth.
    • что микроволновая печь может вызвать аллергию… на электромагнитные волны.
    • что микроволновое воздействие изменяет структуру воды и пищевых продуктов. На самом деле, воздействие микроволнового излучения в печи на вещества связано с банальным разогревом. Хотя химики и изучали (крайне редкие) реакции, на ход которых, по их мнению, влияло нетепловое воздействие микроволнового излучения [6] , в результате независимых экспериментов [7] было установлено, что наблюдённые «нетепловые» эффекты на самом деле определялись неоднородностью нагрева, и предположение о наличии нетепловых микроволновых эффектов должно быть пересмотрено.
    • что впервые СВЧ-печь, под названием «Radiomissor», была якобы создана немецкими учёными во время Второй мировой войны, она даже якобы применялась в действующей немецкой армии, для разогрева продуктов питания, но якобы оказалась небезопасной и от неё отказались [8] (однако российские сайты при этом ссылаются на зарубежные, а зарубежные — на российские исследования, якобы проведённые в несуществующих российских городах Кинск и Раджастан).

    Интересные факты

    В прессе встречаются утверждения, что микроволновые печи (со снятой дверцей) могут использоваться в военном деле для недорогой имитации радаров, с целью заставить противника истратить для их подавления дорогостоящие боеприпасы или ресурсы самолётов постановки помех. Обычно публикации ссылаются на опыт сербской армии в Косово [9] .

    Микроволновка: что в ней происходит на самом деле

    Что микроволны делают с пищей и как правильно готовить в микроволновой печи

    Вольке РобертРоберт Вольке профессор химии, известный популяризатор науки, автор колонки в Washington Post и ряда популярных книг

    По поводу микроволновок существует множество мифов и предрассудков, которые подкрепляются порой даже кулинарными книгами. Не пытаясь переубедить тех, кто принципиально не пользуется микроволновками, разберемся, что же происходит с пищей под действием микроволн, и почему инструкции к микроволновым печам написаны так, а не иначе.

    Микроволновка: что в ней происходит на самом деле

    До самого начала XX века люди использовали открытый огонь всякий раз, когда им надо было приготовить пищу. Сперва огонь разводили в кухонном очаге, а затем оказалось возможным поместить пламя в закрытое пространство, называемое кухонной плитой. И все же любому повару приходилось использовать топливо, чтобы зажарить условную свинью или даже просто вскипятить воду.

    Всего лишь сто лет назад человечество обнаружило, что можно сжигать большое количество топлива на централизованной станции, используя огонь как для подогрева воды, так и для производства пара; затем с помощью этого пара вырабатывается электричество, и наконец, это электричество можно отправлять по медным проводам за тысячи километров на множество кухонь, где повара смогут использовать его для готовки.

    Можно ли говорить, что поиск энергии для приготовления пищи завершен? Так казалось еще 50 лет назад, пока человечество не изобрело новый способ приготовления пищи — микроволновую печь. Она работала по абсолютно новому принципу, который понимали далеко не все, а потому многие люди с опаской относились к этому прибору. Да, микроволновые печи работают на электричестве, но нагревают пищу таким способом, который раньше даже трудно было себе представить. Можно с уверенностью утверждать, что это первый по-настоящему новый способ приготовления пищи за последний миллион лет.

    Что такое микроволны?

    Микроволны — это волны электромагнитного излучения (как и радиоволны, кстати), но их длина волны короче, а энергия — выше (длина волны и ее энергия взаимосвязаны: чем короче волна, тем больше энергия, которую она несет). Микроволны генерирует электронная лампа, называемая магнетроном, которая «отправляет» их в духовку — герметичную металлическую коробку, в которой микроволны постоянно отражаются от стенок все то время, пока работает магнетрон.

    Магнетроны распределяют по категориям мощности, которая обычно составляет от 600 до 900 ватт (обратите внимание, это мощность вырабатываемых волн, а не мощность, потребляемая прибором; она обычно выше).

    Эффективность микроволновой печи — то есть то, насколько быстро она справляется со своими обязанностями, — зависит от мощности микроволн в ваттах на кубический метр пространства в духовке. Для сравнения эффективности микроволновок разделите мощность микроволн в ваттах на объем в кубических метрах. Из-за того, что у разных микроволновок разная эффективность, в рецептах сложно указать точное время той или иной операции с использованием микроволн.

    Как микроволновки вырабатывают тепло?

    Повсеместно распространенное мнение гласит: «Микроволны заставляют молекулы воды „тереться“ друг об друга, и возникающее трение вызывает нагревание». На самом деле трение тут ни при чем.

    Некоторые молекулы в продуктах — в особенности молекулы воды — ведут себя как крошечные электромагниты (говоря научным языком, молекулы — это электрические диполи, или, другими словами, они имеют полярность). Они имеют тенденцию выстраиваться по направлению электрического поля, точно так же как стрелка в компасе выравнивается по направлению магнитного поля Земли.

    Электромагнитные волны в микроволновке имеют частоту 2,45 ГГц, или 2,45 миллиона циклов в секунду, поэтому электрическое поле в них меняет свое направление 4,9 миллиона раз в секунду. Образно говоря, бедные маленькие молекулы воды сходят с ума, пытаясь уследить за этими изменениями и меняя ориентацию 4,9 миллиона раз в секунду.

    Заряженные энергией микроволн молекулы ударяются о соседние молекулы и расталкивают их в стороны — примерно так же, как взрывающееся зерно попкорна разбрасывает в стороны соседние зерна. После удара ранее неподвижная молекула становится быстродвижущейся молекулой, а быстрая молекула — это, по определению, горячая молекула. Вот таким образом вызванная микроволнами переориентация молекул трансформируется в тепло.

    Как ни странно, микроволновки не очень хорошо справляются с растапливанием льда. Объясняется это тем, что молекулы воды во льду связаны друг с другом очень плотно в жесткую конструкцию (выражаясь научным языком, в кристаллическую решетку), так что они не могут переориентироваться туда и обратно под влиянием микроволновых колебаний, даже если вдруг «захотят» это сделать. Когда вы размораживаете продукты в микроволновке, то вы нагреваете ту часть продукта, которая не является льдом; получившееся в результате тепло переходит к кристаллам льда и растапливает их.

    Микроволновка: что в ней происходит на самом деле

    Почему пища, нагретая в микроволновке, должна постоять некоторое время после нагревания?

    В отличие от своих электромагнитных «родственников» — рентгеновских лучей, которые имеют намного большую частоту и энергию, микроволны не могут проникать в пищу глубже чем на 2,5–3 см; их энергия полностью поглощается и превращается в тепло в поверхностных слоях. Это одна из причин, почему стоит следовать правилу «накрой и жди», приведенному в рецептах и инструкциях; проще говоря, нужно время для того, чтобы тепло из внешнего слоя дошло до внутренних слоев продуктов. В некоторых рецептах дается совет выключить микроволновку и перемешать пищу, а затем продолжить нагревание — все по той же причине.

    Тепло распространяется двумя способами. Во-первых, самые горячие молекулы ударяются о соседние, более прохладные молекулы, передавая какую-то часть движения — а значит, и тепла — этим прохладным молекулам; именно таким образом тепло постепенно прокладывает себе путь в глубинные слои пищи.

    Во-вторых, большое количество воды превращается в пар, который затем проникает в пищу, отдавая свое тепло в процессе прохождения через нее. Вот почему большинство продуктов, которые разогревают в микроволновке, следует выкладывать в неплотно прикрытые емкости (контейнеры); это делается для того, чтобы удержать внутри контейнера горячий пар, причем сделать это нужно так, чтобы он не создал внутри емкости повышенное давление и не сорвал крышку.

    Оба этих процесса передачи тепла проходят довольно медленно, так что если времени для равномерного распространения тепла оказалось недостаточно, вы получите продукт, в котором есть как уже теплые, так и еще холодные участки.

    Почти во всех продуктах содержится вода, так что практически все из них можно нагреть микроволнами (поэтому не пытайтесь готовить сушеные грибы таким способом). Однако стоит помнить, что молекулы, относящиеся к определенным видам продуктов, от-личных от воды (речь идет прежде всего о жирах и сахарах), тоже нагреваются микроволнами. Вот почему бекон так хорошо готовится в микроволновке, а изюм внутри булочек может оказаться обжигающе горячим, даже если сама сдоба едва согрелась.

    Таким образом, осторожность в случае с жирными и содержащими сахар продуктами не помешает. Очень горячие молекулы воды могут выкипеть — выйти в виде пара, но очень горячие молекулы жира и сахара остаются внутри, и вот они могут оказаться опасными (проще говоря, могут обжечь). Это еще одна причина, почему всегда лучше немного подождать с выниманием и употреблением пищи из микроволновки.

    Почему от микроволновки исходит такой звук, словно она постоянно то включается, то выключается?

    Потому что именно это и происходит. Магнетрон работает циклично, то включаясь, то выключаясь, чтобы у тепла было время распределиться равномерно во всех продуктах, которые вы положили в микроволновую печь. Когда вы включаете печь на полную мощность, то вы не регулируете мощность магнетрона в ваттах: он в любом случае может работать только на полной мощности. Настройка «пятьдесят процентов мощности» означает, что печь будет включена половину положенного времени. Шум при включении и выключении, который вы слышите, — это звук охлаждающего вентилятора магнетрона.

    Относительно новая разработка в области применения микроволновых печей — это инверторная технология. Вместо циклического включения и выключения печь дает постоянный (и более низкий) уровень мощности для более равномерного нагревания.

    Почему в процессе приготовления контейнер с продуктом должен вращаться?

    Трудно сконструировать микроволновку, в которой интенсивность микроволн была бы абсолютно одинаковой во всем внутреннем пространстве печи — в этом случае пища со всех сторон смогла бы нагреваться равномерно. Более того, любой продукт в печи поглощает микроволны, что также не способствует одинаковой мощности нагрева, которая (теоретически) могла бы там возникнуть.

    Решение проблемы состоит в том, чтобы контейнер с пищей постоянно вращался, так как этим компенсируется неравномерность воздействия микроволн. Для этого в большинстве современных микроволновок есть автоматически вращающаяся подставка. А инструкции по размораживанию продуктов напоминают нам о необходимости повернуть нагреваемый продукт, когда пройдет примерно половина положенного времени.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: