Чудеса на молекулярном уровне: что происходит с едой в микроволновке

Расположение дипольных молекул во время нагрева еды микроволнами

МОСКВА, 27 июн – Gebboo.COM, Анна Урманцева. Почему в металлическую микроволновку нельзя класть металлические предметы? Что воздействует на внутренности яиц так, что они взрываются? Как получается нагреть еду, не нагревая тарелку? Почему жидкости нагреваются медленнее? Да и как вообще микроволны действуют на нашу еду?»Загадочная» микроволновка ежедневно совершает «чудеса» чуть ли не в каждом доме. Не так давно микроволновок боялись, потом считали, что именно они виноваты в эпидемии аллергии, затем, — что они радиоактивны и облучают все вокруг. Сейчас на место страхов «начального периода» наконец пришли вопросы о физике явления, которое лежит в основе действия микроволновых печей.

Человек находится в среде, где из стороны в сторону буквально снуют невидимые волны. Микроволны не входят в группу опасного излучения, поэтому мы пользуемся мобильником, смотрим телевизор, слушаем радио и готовим пищу в микроволновках. Все вышеназванные приборы излучают микроволны, поэтому, чтобы мы могли одновременно готовить пищу и говорить по телефону, по международному соглашению в бытовых микроволновых печах используются волны, частота которых не превышает 2450 мегагерц.

Микроволновая печь

Микроволновая печь

Бытовой прибор «микроволновка» является «дочерью» военного прибора  — радара. Это как раз тот случай, когда из вороха статей с непонятными названиями, типа: «Взаимодействие потока электронов в вакуумном баллоне с постоянным электрическим полем» рождается вдруг предмет, которым пользуются все. Первым человеком, который, как говорят, в рассеянности положил бутерброд на радар и удивился, что он нагрелся, был американский изобретатель Перси Спенсер. Он занимался оборудованием для радаров, а параллельно, — в 1946-ом году, — оформил патент на микроволновую печь. Первая в мире СВЧ-печка использовалась только для быстрого размораживания продуктов в солдатских столовых и военных госпиталях. Её высота была равна примерно человеческому росту, а весила она 340 килограммов.

Так как же микроволновка нагревает наши продукты? В нашей пище очень много дипольных молекул, на одном конце которых имеется положительный электрический заряд, а на другом – отрицательный. Дело в том, что из таких молекул состоит наша вода. Химические связи в молекуле воды – полярные, так как кислород подтягивает к себе отрицательно заряженные электроны, а водород — положительно заряженные. В результате вблизи атома кислорода скапливается избыточный отрицательный заряд, а у атомов водорода — положительный.

Так как вся молекула воды является диполем, то есть молекулой с двумя разноименными полюсами, — появилась возможность нагревать ее микроволнами.

Траектория волны нагрева внутри микроволновой печи

Траектория волны нагрева внутри микроволновой печи

А вместе с ней и все продукты, ведь каждый кусочек овощей, мяса, рыбы, фруктов содержит воду, а значит — миллионы дипольных молекул. В сосиске, которая просто лежит у вас на столе – эти молекулы расположены хаотически. Но как только вы помещаете эту сосиску в микроволновку – они попадают в  электрическое поле и выстраиваются «плюсом» в одну сторону, «минусом» в другую. Под действием излучения молекулы кувыркаются с бешеной частотой и в буквальном смысле трутся одна о другую при переворотах. Выделяющееся при этом тепло и служит причиной разогрева пищи. Если вы начнете в бешеном темпе тереть одну ладошку о другую – поверхность ваших рук тоже нагреется, — как в микроволновке. Только, чтобы достичь эффекта микроволн, вам придется совершать движения со скоростью  4 миллиарда 900 миллионов раз в секунду! Нагрев продуктов происходит за счет двух физических механизмов — прогрева микроволнами поверхностного слоя и последующего проникновения тепла в глубину за счет теплопроводности.

Магнетрон микроволновой печи Samsung

Магнетрон микроволновой печи Samsung

А что же излучает волны внутри микроволновки? Это вакуумный прибор – магнетрон. Схема магнетрона с одной стороны проста, а с другой — необычайно талантлива! Стоит только подать напряжение через внутреннюю нить и медный анод снаружи, как электроны начнут срываться со средней нити и лететь к медной секции. В этот момент, с помощью магнитов, можно заставить  электроны поворачивать обратно к центру нити. Так, пролетая  мимо отверстий полостей,  — они создают колебательную волну. Волны раскачивают молекулы воды, создавая, таким образом, тепло.

Поведение электронов внутри магнетрона

Поведение электронов внутри магнетрона

Почему жидкости так медленно греются микроволнами? Потому что там больше молекул воды, чем, например, в хлебе. Чем больше молекул, — тем дольше их греть. Почему греется только еда, а не тарелка? Потому что в тарелке нет молекул воды. Почему яйца взрываются? Потому что молекулы воды разогреваются внутри, расширяясь, и образуя большое давление. И, насчет металлов… Действительно! Стенки печки – металлические. Более того! И решетка, через которую мы заглядываем внутрь – тоже состоит из металла. Как известно, металл радиоволны отражает. И, если забыть вилку внутри микроволновки, конечно же, ничего не «рванёт». Однако металл в микроволновке очень быстро нагревается, особенно его тонкий слой,  — фольга или ободок на блюдце. Более того, острые объекты могут образовать «корону» (огни святого Эльма), которая ведёт себя также как пламя, и может сжечь и еду, и прибор. Принимая во внимание все нюансы, производители решили просто запретить использовать металл внутри микроволновок.

Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5
Оцени первым.
[yuzo_related]