Чудеса на молекулярном уровне: что происходит с едой в микроволновке

© Fotolia / vvoeМикроволновая печь. Архивное фото

© Fotolia / vvoe

МОСКВА, 27 июн — РИА Новости, Анна Урманцева. Почему в микроволновку нельзя класть металлические предметы? Что приводит к взрыву яиц? Почему жидкости нагреваются медленнее? И как микроволны действуют на еду?

Ученый выяснил, как работает микроволновый ракетный двигатель EmDriveСейчас микроволновки есть практически в каждом доме. При этом не так давно подобных приборов боялись: сначала считали, что именно они виноваты в эпидемии аллергии, а затем их обвиняли в радиоактивности и облучении всего окружающего.

Сейчас на место страхов пришли вопросы о физической природе явления, которое лежит в основе действия микроволновых печей.

Невидимые волны окружают человека практически повсюду. Они не входят в группу опасного излучения, поэтому люди могут пользоваться мобильными телефонами, телевизорами и радиоприемниками, а также готовить пищу в микроволновках.

Все эти приборы излучают микроволны, поэтому, чтобы мы могли одновременно готовить пищу и говорить по телефону, в бытовых печах используются волны, частота которых не превышает 2450 мегагерц.

© Flickr / limonadaМикроволновая печь

© Flickr / limonadaМикроволновая печь

Бытовая 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 предмет, которым пользуются все.

Первым человеком, который по рассеянности положил бутерброд на радар и заметил, что он нагрелся, был американский изобретатель Перси Спенсер. Он занимался оборудованием для радаров, а параллельно в 1946 году оформил патент на микроволновую печь.

Физики впервые поймали электронно-атомную «бабочку»Первая в мире СВЧ-печка использовалась только для быстрого размораживания продуктов в солдатских столовых и военных госпиталях. Ее высота была равна примерно человеческому росту, а весила она 340 килограммов.

Так как же микроволновка нагревает продукты? В нашей пище очень много дипольных молекул, на одном конце которых имеется положительный электрический заряд, а на другом — отрицательный.

Именно из таких молекул состоит вода. Химические связи в молекуле воды — полярные, так как кислород подтягивает к себе отрицательно заряженные электроны, а водород — положительно заряженные.

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

© Fotolia / Monkey BusinessМикроволновая печь

© Fotolia / Monkey BusinessМикроволновая печь

 

А вместе с ней и все продукты, каждый из которых содержит воду. Например, в сосиске эти молекулы расположены хаотично, но как только продукт помещают в микроволновку, они попадают в  электрическое поле и выстраиваются «плюсом» в одну сторону, «минусом» — в другую.Физики научились переворачивать молекулы со скоростью света

Под действием излучения молекулы «кувыркаются» с бешеной частотой и в буквальном смысле «трутся» друг о друга. Выделяющееся при этом тепло и разогревает пищу.

Если вы начнете тереть одну ладонь о другую, поверхность ваших рук тоже нагреется. Только чтобы достичь эффекта микроволн, вам придется совершать движения со скоростью 4,9 миллиарда раз в секунду.

Нагрев продуктов происходит за счет двух физических механизмов — прогрева микроволнами поверхностного слоя и последующего проникновения тепла в глубину за счет теплопроводности.

Внутри микроволновки волны излучает вакуумный прибор — магнетрон. Схема его работы, 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.

CC BY 2.0 / HCRS Home Labor Page / Magnetron in its boxМагнетрон микроволновой печи Samsung

CC BY 2.0 / HCRS Home Labor Page / Magnetron in its boxМагнетрон микроволновой печи Samsung

 

Жидкости нагреваются микроволнами намного дольше, поскольку там больше молекул воды, чем, например, в хлебе. Из этого же принципа следует и ответ на вопрос о том, почему нагревается лишь еда, а не тарелка — в посуде нет молекул воды.

Физики создали камеру, способную видеть все виды излученияВ свою очередь, яйца, помещенные в микроволновку, взрываются, поскольку молекулы воды при нагреве расширяются и образуют большое давление.

Как известно, металл, из которого состоят стенки и внутренняя поверхность микроволновок, отражает радиоволны. Если забыть вилку внутри прибора, взрыва, конечно, не произойдет, однако металл (особенно его тонкий слой — фольга или ободок на блюдце) очень быстро нагревается.

Более того, острые объекты иногда образуют «корону» (огни святого Эльма), которая может сжечь и еду, и саму микроволновку. Учитывая это, производители решили просто запретить использовать металл внутри приборов.

Источник: ria.ru

Написать ответ