Физические основы работы микроволновки. Микроволновая печь

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.

14.08.2013 29.04.2016 by gotovlyu v mikrovolnovke

Чтобы разобраться как работает микроволновка придется вспомнить базовый курс школьной физики. Но даже те, кто этот курс помнят не очень хорошо, после подробного объяснения будут точно знать принцип работы микроволновки и смогут ответить себе и другим о вреде самого прибора или пищи, которая в нем готовится.

Прибор назван микроволновой печью не случайно. В ней (и не только в ней, например в сотовых телефонах, спутниковом телевидении, а также имеются природные волны, которые создает Солнце) используется излучение сверхвысокой частоты или, как еще его называют, микроволновое излучение, состоящее из электромагнитных волн, длина которых составляет 1 миллиметр - 1 метр.

Помимо длины, волны характеризуются частотой. Для микроволновок, согласно международного соглашения, принята частота 2450 МГц (такая частота не создаст помех для работы других приборов с микроволнами).

Электромагнитные скорости, если кто не знал или забыл, напоминаю, распространяются со скоростью 300000 км за секунду. Правильно, это скорость света. Зная частоту микроволн печи можно получить длину. Для этот скорость нужно разделить на частоту, получаем 12,25 см. Вот такие волны обитают в вашей микроволновке.

Еще одна характеристика волн, чтобы принцип работы микроволновки был точно понятен. Волна - сочетание двух переменных полей (магнитного и электрического). В продуктах нет магнитных свойств, поэтому это поле не рассматриваем. А вот электрическое поле, которое создает волна, и есть основа.

Принцип работы микроволновой печи

Чтобы микроволны могли нагреть пищу в ней должны быть дипольные (разные заряды на разных концах, то есть в одной - положительный, с другой - отрицательный) молекулы. И, как оказывается, они есть. Это молекулы сахара, жира, но самое важное - воды, которая есть практически во всех продуктах.

В каждом, даже самом маленьком кусочке продукта есть огромное количество дипольных молекул, которые расположены как им вздумается, то есть хаотично. Но стоит им попасть под воздействие электрического поля, как тут же молекулы строятся ровными рядами на силовых линиях поля, причем в строгом порядке: плюс - в одну сторону, минус - в другую. Выстроились. Но как только поле поменяет полярность, вслед за ним подстраиваются и молекулы, поворачиваясь на сто восемьдесят градусов. А теперь представьте, что такое изменение поля происходит очень часто. А вернее, с частотой 2450 МГц. Напоминаю, 1 герц - 1 колебание в 1 секунду, значит несложно подсчитать, что 1 МГц - 1 млн. колебаний за 1 секунду. За 1 колебание поле меняется дважды. Можете вычислить сколько раз наши молекулы изменили своё положение за секунду. Для тех, кто верит на слово - 4900000000 раз.

Представили это бешенное движение молекул? И при этом движении молекулы соприкасаются друг с другом, выделяя тепло, которое и «греет» продукт.

Зная принцип работы СВЧ печи не составит приготовить множество блюд на скорую руку,

Немного о правилах пользования, которые помогут освоить процесс приготовления в СВЧ:

Как «приучить» свои рецепты к микроволновке. Это

Вкусная картошка с мясом в горшочке,

Для тех, кому физика оооочень далека предлагаю потереть ладошки друг о друга. Чувствуете как они становятся теплыми. Вот такой же принцип. И кстати, этот пример показывает, что, таким образом, то есть потирая интенсивно ладошки, мы не сможем нагреть ткани слишком глубоко. Так и микроволны не могут проникнуть глубже трёх сантиметров. Поэтому к действию микроволн подключается теплопроводность, за счет которой вырабатываемое тепло проникает глубже трёх сантиметров.

Что это значит практически и как соотносится к приготовлению пищи в микроволновке? Это значит, что не нужно готовить большой кусок на максимальной мощности. Лучше выставить среднюю и дать теплу спокойно проникнуть вглубь, хорошо проготавливая кусок и не обуглить внешнюю часть.

А жидкие продукты нужно периодически перемешивать, помогая теплу проникать в середину посуды.

Последнее время ходят слухи о том, что подогрев в микроволновке продуктов начинается с внутренней части продукта, что приводит к потере ценных микроэлементов в пище. Но это ошибочное мнение, как вы уже поняли. Проведите практический эксперимент: подогрейте варёный неочищенный картофель, а затем посмотрите на его подсохшую поджаристую корочку и нежную сердцевину.

Как устроена микроволновая печь

Требуемые продукты, помещаются внутрь микроволновки на вращающуюся подставку, благодаря которой разогрев происходит равномерно. Вырабатывает микроволны мощная электронная лампа – магнетрон. При выходе вашего бытового прибора из строя не спешите заниматься ремонтом самостоятельно, учтите, что на магнетрон подается очень высокое напряжение – не рискуйте собой и своими родными.

Защищает от излучения сеточка на двери прибора.

В комплектацию прибора входят:

• шнур электропитания,
• преобразователь энергии;
• магнетрон;
• устройства направляющие и распределяющие волны;
• конденсатор;
• выпрямитель;
• дверца, оборудованная спец. уплотнителями;
• камера печи с тарелкой;
• вентилятор.

Микроволновая печь, или микроволновка, является почти непременным атрибутом любой российской кухни. Почему этот бытовой прибор настолько распространен? Дело в его быстроте - время разогрева в микроволновой печи измеряется в секундах, тогда как на плите это займет куда больше времени. Удобство тоже играет немаловажную роль - микроволновка невелика по размерам и поместится даже в самой маленькой "хрущевке". А если плиты нет и нет возможности ее поставить? Микроволновка во многом может ее заменить!

Как микроволновка появилась на свет

"Отцом" микроволновой печи по праву считается американский физик Перси Спенсер. Он разрабатывал излучатели сверхвысоких частот, и во время своих экспериментов обратил внимание, что органика под воздействием СВЧ разогревается. Как именно это произошло, история умалчивает, однако есть две наиболее распространенные версии: по одной из них, он по рассеянности забыл на включенном приборе бутерброд, а когда вспомнил о нем, он уже был сильно разогрет. Вторая версия утверждает, что Спенсер носил в кармане шоколадку, которая закономерно растаяла под влиянием сверхвысоких частот.

Использование в быту

Так или иначе, обнаружив "продовольственные" свойства СВЧ-излучения в 1942 году, уже в 45 физик получил на свое изобретение патент. А уже через два года, в 1947-м, американские военные разогревали в микроволновой печи свои завтраки, обеды и ужины. Что бы ни делала микроволновка, принцип работы ее механизма военных не волновал - главное, что она давала быстрый результат. Правда, микроволновка в 40-е была еще "не та" - вес прибора превышал 300 килограмм!

Далее за дело принялась фирма Sharp - уже в 62-м она выпустила "в народ" первую модель потребительской микроволновой печи. Особенного всплеска интереса она не вызвала, потому что покупателей отпугивало использование СВЧ-излучения. В дальнейшем этой же компанией была изобретена "вращающаяся тарелка", а в 79-м - система электронного управления.

Из чего состоит СВЧ-печь?

Микроволновая печь состоит из нескольких обязательных деталей:

1. Трансформатор.
2. Магнетрон в микроволновке - собственно, излучатель
3. Волновод, за счет которого происходит передача излучения к изолированной камере.
4. Металлизированная камера - место, где и разогреваются продукты.

Дополнительными элементами микроволновки являются: для более равномерного разогревания пищи, электроника для управления различными режимами, таймером, вентилятор.

Каким образом микроволновка греет пищу?

Несмотря на кажущуюся "магию", которой обладает микроволновка, принцип работы абсолютно научен и логичен. Практически в любой пище содержится молекулы воды и других элементов, имеющих как положительный, так и отрицательный заряд. При отсутствии магнитного поля заряды в молекулах располагаются произвольно, хаотически. Сильное же магнитное поле мгновенно организует электрические заряды - они становятся направлены строго в соответствии с ходом линий магнитного поля.

Особенность СВЧ-излучения в том, что оно "переворачивает" дипольные молекулы не просто быстро, а невообразимо - почти 5 миллиардов раз в секунду! Молекулы перемещаются в соответствии со сменой магнитного поля, а высочайшая скорость "переключения" буквально создает эффект трения. Именно благодаря этому продукты в микроволновой печи разогреваются за несколько секунд.

Типы микроволновых печей

Какие же бывают микроволновки и чем они между собой различаются:

1. Соло-печь, или микроволновка обыкновенная. Относится к самым бюджетным моделям и предназначена только для размораживания и подогрева пищи. Как правило, такие СВЧ-печи имеют механическое управление и довольно надежны, поскольку ломаться особо нечему.
2. СВЧ с грилем и конвекцией. Эти функции микроволновки идут как вместе, так и порознь. Гриль представляет собой дополнительный нагревательный элемент, который расположен чаще всего под потолком камеры, и вращающийся вертел. Конвекция - это циркуляция горячего воздуха внутри камеры, что обеспечивает дополнительный и более равномерный разогрев пищи. Такие микроволновки, как правило, относятся к средней ценовой категории и работают как на механическом, так и на электронном управлении.
3. Многофункциональные СВЧ-печи. Множество режимов, само собой, конвекция и гриль, функция пароварки, а также еще целый набор кулинарных решений для вашей кухни. Разумеется, такие серьезные бытовые приборы относятся к категории дорогих и управляются с помощью сложной электроники.

Несмотря на отличие в деталях, СВЧ-печь за 20 долларов и за 200 - это все та же микроволновка. Принцип работы тот же.

Чем еще отличаются друг от друга микроволновки?

1. Объемом. Бытовые СВЧ-печи друг с другом разнятся, но не слишком сильно. А вот промышленные микроволновки совсем другие - в них можно разогревать сразу несколько десятков порций.
2. Тип гриля. Он может быть керамическим, кварцевым или тэновым. При одинаковой смысловой нагрузке различаются между собой деталями: например, кварцевый гриль разогревает равномерней и тратит меньше электричества, но тэновый может работать интенсивнее, а также его проще отмывать.
3. Способ покрытия внутренних стенок. Их тоже несколько - покраска под эмаль, прочная эмаль и специальные покрытия (биокерамика и антибактериальное). Покраска - самое дешевое и недолговечное, эмаль уже получше, хотя длительное и интенсивное использование также приводит его в негодность. Специальные покрытия можно назвать вечными. К недостаткам относятся высокая цена и хрупкость по отношению к ударным нагрузкам. И да, есть еще нержавейка - отличный вариант для тех, кто не готов слишком сильно раскошеливаться ради микроволновки. Прочное, надежное, прекрасно выглядящее покрытие с легкостью выдерживает длительные и интенсивные нагревания. К недостаткам нержавейки следует отнести сложности в отмывании - несколько чисток абразивными средствами создают на ее поверхности сеточку микроцарапин, в которые пригоревший жир "вцепляется" всеми своими молекулами.
4. Виды управления. Их всего три - механика, кнопки, Механика дешева, проста в использовании, надежна, недостаток - точность выставления времени. Кнопки чуть чаще ломаются, но зато время можно выставить секунда в секунду. К недостаткам можно отнести скапливающуюся на элементах управления грязь, что требует дополнительного времени для оттирания. Сенсор - красиво, стильно, грязь не скапливается, можно программировать процесс приготовления еды. Недостатки - ломается чаще других, стоит ощутимо дороже. Ремонт микроволновок, особенно дорогих, услуга недешевая, поэтому стоит подумать: а стоит ли брать с сенсором?
5. Режимы работы СВЧ-печи. Их может быть от 3-4 в дешевых моделях, до 10-12 в самых дорогих. Из основных режимов можно выделить следующие: полный режим - жарка мяса, запекание овощей. Средне-высокий, 3/4 мощности - быстрое разогревание нетребовательных продуктов. Средний - варка супов, приготовление рыбы. Средне-низкий, 1/4 мощности - разморозка продуктов, "мягкий" разогрев продуктов. Самый малый, около 10% мощности, предназначен для размораживания "капризных" продуктов вроде томатов, и поддержания в теплом виде уже горячих продуктов.

Допфункции СВЧ-печей

Одной из самых интересных дополнительных функций для микроволновой печи является подача горячего пара. Это дополнение не дает продуктам пересыхать, а также они готовятся значительно быстрее. Сюда же можно добавить проветривание камеры - несмотря на кажущуюся незначительность, для многих хозяек эта функция стала спасительной - теперь у них овощи не пахнут рыбой, а рыба - яблоками.

Разделители камеры. Различные решетки позволяют готовить несколько порций одновременно. К недостаткам этой функции можно отнести отсутствие вращение, что делает разогрев пищи менее равномерным.

"Крисп" - специальная тарелка для микроволновки, позволяет готовить в ней так же, как на сковородке. Изготовленная из она "держит" температуру до 200 градусов.

Слюда. Зачем слюда в микроволновке? Она оберегает волновод от различных загрязнений, и увеличивает срок службы прибора.

Функция двойного излучения. Как работает такая микроволновка? Устройство и принцип работы такой СВЧ-печи отличаются только наличием двух источников высокочастотного излучения. Это позволяет добиться более качественного и равномерного прогревания пищи.

Встроенная кулинарная книга. Недешевая функция, но для тех, кто любит вкусно поесть, не тратя на это больших временных и интеллектуальных затрат, это самое оно.

Необходимые правила безопасности при использовании СВЧ-печи

Довольно часто обывателей волнует вопрос о том, не опасна ли для здоровья микроволновка. Принцип работы ее, конечно, основан на СВЧ-излучении. Но бояться этого не нужно.

Полностью исправная микроволновая печь представляет не большую опасность для потребителя, чем компьютер или телевизор. Вопреки стойким мифам, излучение от микроволновки не является радиоактивным или канцерогенным, и микроволновка после пары месяцев работы не начинает "фонить".

СВЧ-излучение в действительно может нанести серьезный ожог, но чтобы добиться этого от своей домашней микроволновки, придется попотеть - даже самые дешевые модели оснащаются многоуровневой защитой. И, например, засунуть руку во включенный прибор не получится - автоматика сразу же отключит питание.

Какую посуду стоит использовать в своей микроволновой печи

Лучше всего, если тарелка для микроволновки, которую вы собираетесь использовать в СВЧ-печи, будет специализированной, с соответствующей маркировкой. К ней относятся, например, наборы посуды из жаропрочного стекла. Если же у вас под рукой нет такой, то обратите внимание на следующие рекомендации:

1. Стекло. Отличный материал для микроволновки, если он не слишком тонкий, и отсутствуют трещины и сколы.
2. Фарфор и фаянс. Подходящие материалы, в том случае, если они полностью покрыты глазурью и не покрашены металлизированной краской. Опять же, фарфоровая или не должна иметь механических повреждений.
3. Бумага. Подходящий материал, но с допущениями - бумага должна быть плотной, не окрашенной, и лучше не использовать ее в течение долгого времени.
4. Пластик. Да, но только специализированный. Сегодня многие фирмы выпускают целые линейки пластиковых контейнеров для разогрева в микроволновых печах. Идеальный вариант для офисного работника, который не хочет разоряться на бизнес-ланчи и походы в кафе.

Самая неподходящая тарелка для микроволновки - металлическая. От высокочастотного излучения она начинает искрить, а это вскоре отправит вас искать заведение, где осуществляют ремонт микроволновок.

Как ухаживать?

В этом вам поможет инструкция к микроволновке. В ней указано, какими специальными моющими средствами ее следует чистить. Недостатка в них нет, а покупать их стоит сразу, с микроволновкой. Не стоит затягивать с уборкой - многократно нагретый и спрессованный жир на стенках камеры вам придется мучительно долго оттирать, проклиная все на свете, а ежедневная уборка будет сводиться к нескольким легким движениям тряпкой. Если вы все же добились образования "древних отложений", то перед мытьем поставьте в печь стакан воды на минуту и включите максимальный режим. Жир и грязь набрякнут и отмоются в разы легче.

Немного юмора...

Одна дама в США выиграла судебное дело после того как "посушила" в микроволновой печи свою кошку. В исковом заявлении она указала, что не знала о том, что "нельзя сушить кошек в микроволновке".

Несмотря на общеизвестный факт о том, что сырые куриные яйца в микроволновке взрываются, энтузиасты по всему миру стараются придумать способ обойти эту проблему - проколоть дырку в скорлупе, завернуть в специальную пленку. Но, несмотря на все их усилия, яйца все равно взрываются.

Недавно взорвало интернет фейковое сообщение о том, что новую модель айфона можно подзарядить от микроволновки. Неизвестно, сколько владельцев смартфонов повелось на этот розыгрыш, но десятки фото с раскуроченными айфонами говорят сами за себя.

Которая в большинстве случаев упрощает повседневную жизнь большинства людей, особенно тех, которые не любят долго возиться на кухне, и любят комфорт во всех его деталях, а именно — микроволновой (СВЧ) печи , или как говорят в народе – микроволновке . В этой статье Вы узнаете: что такое СВЧ , какие бывают виды микроволновой печи, как выбрать микроволновую печь , и остальных нюансах, которые касаются этой техники. Итак…

Микроволновая печь . или СВЧ-печь ( англ. Microwave oven ) - бытовой электроприбор, предназначенный для быстрого приготовления или быстрого подогрева или приготовления пищи, размораживания продуктов, а также использующийся в производственных целях для разогрева некоторых материалов, например — клея.

В отличие от классических печей (например, духовки или русской печи), разогрев продуктов в микроволновой печи происходит не с поверхности, а по всему объёму продукта, содержащему полярные молекулы (например, воды), так как радиоволны проникают достаточно глубоко почти во все пищевые продукты. Это сокращает время разогрева продукта.

История открытия микроволновой печи

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.

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.

Принцип работы микроволновой печи, или каким образом пища нагревается с помощью СВЧ

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. 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, т.е. сменить полярность, как молекулы тут же переворачиваются на 180 о.

Итак, частота микроволн, которую используют почти все СВЧ-печи — 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. Выделяющееся при этом тепло и служит причиной разогрева пищи.

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. 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.

Хочу отметить, что частота излучения в некоторых производственных СВЧ-печах (так называемые англ. variable frequency microwave, VFM) может варьироваться, и не составлять 2450 МГц

Устройство микроволновой печи

Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:

— металлическая, с металлизированной дверцей, камера (в которой концентрируется сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение), куда помещаются разогреваемые продукты;
— трансформатор - источник высоковольтного питания магнетрона;
— цепи управления и коммутации;
— непосредственно СВЧ-излучатель - магнетрон;
— волновод 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;
— вентилятор, охлаждающий магнетрон и проветривающий камеру.

Вред от микроволновой печи

Собственно говоря обширный вопрос, но у каждого должно быть по этому поводу свое мнение. В сети нашел кучу информации как «За», так и «Против» использования микроволновых печей. Но лично я все-таки склоняюсь к тому, что микроволновка опасна не более, а возможно и менее, чем кинескопный телевизор. Поэтому писать еще сотню строк не решил. По конце статьи, Вы можете прочесть еще пару строк на эту тему, в «Мифах о микроволновых печах».

Единственное, на что обратил внимание, и что в основном два «лагеря» сторонников и противников соглашаются, что в микроволновой печи нельзя подогревать грудное молоко, и потом поить ним ребенка, т.к. в какой-то степени немного меняется формула этого молока.

Вот кстати по этому поводу нашел фото, на котором изображена дальность вредного влияния СВЧ-печи. По нему видно, насколько неопасно нахождение СВЧ в доме.

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.

— 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.

— 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.

— 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.

А теперь давайте обратим внимание на характеристики СВЧ, которые нужно принять к сведению при выборе микроволновки.

Типы микроволновки