Принцип действия микроволновой печи и возможности устройства
Содержание
Микроволновые печи вошли в наш быт достаточно давно, но споры об их полезности и безопасности ведутся до сих пор. Любопытно, что, решая подобные вопросы на всевозможных форумах и при личных встречах, подавляющее большинство даже приблизительно не представляет себе принцип работы микроволновки.
Именно поэтому прежде чем задаваться вопросом: друг она вам или враг, имеет смысл выяснить, что собой представляет этот удивительный агрегат, способный вскипятить стакан воды или приготовить курочку без использования видимого источника тепла. Практически каждый видел микроволновку в работе, но мало кто представляет, как она это делает.
Действие и принцип работы
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. В процессе вращения эти молекулы в буквальном смысле трутся друг о друга, а что при этом происходит — знает всякий. Попробуйте быстро потереть ладони одна о другую — чувствуете тепло?
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
Итак, пора сформулировать главные отличия СВЧ подогрева от классического:
- Высокая скорость прогрева. Поскольку обработка высокочастотным (ВЧ) полем ведется одновременно по всему объему, продукт разогревается исключительно быстро — за считаные минуты.
- Равномерный прогрев. Благодаря равномерному прогреву нет необходимости нагревать его внешний слой до повышенной температуры. Это исключает подгорание.
- 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.
- 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, присущим микроволновкам, является невозможность обжаривания, но и этот вопрос конструкторы решили, оснастив устройство обычными термоэлектронагревателями, как у электродуховки. С их помощью вы можете легко обжарить продукт. Кроме того, существуют так называемые тарелки Крусти, выполненные из специального материала, который безопасно разогревается токами СВЧ. Положите на такую тарелку отбивную и печка не только быстро ее приготовит, но и зажарит, поскольку этот поддон накаляется до 200 градусов.
Устройство СВЧ печи
Теперь пришло время разобраться, как устроена микроволновка. Сердцем любой подобной печки является специальный генератор, создающий высокочастотное электромагнитное поле большой интенсивности. Называется он магнетроном. Далее, 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. Ну и, естественно, имеется в печи и блок питания, обеспечивающий энергией всю электронику и сам магнетрон.
Вот так выглядит микроволновая печь на схеме.
Опасность и вред микроволновки
А теперь самый главный вопрос, который беспокоит едва ли не каждого владельца микроволновки: представляет ли прибор какую-либо опасность для окружающих? Существует множество мифов об опасности использования СВЧ технологий в быту. Основные из них:
- Радиационная опасность.
- Опасность электромагнитного излучения.
- Плохое влияние СВЧ на качество приготовляемых продуктов.
- Возможность физического поражения полем СВЧ.
- Повышенная опасность поражения электрическим током высокого напряжения.
Радиационное поражение
Согласно этому мифу, все, кто находятся рядом с СВЧ печью, получают радиационное облучение. Более того, даже выключенная печка «лучит» не хуже чернобыльского трактора. Но если верить основам ядерной физики (все проходили ее в школе), радиацией, которую все так боятся и которая действительно представляет опасность, является ионизирующее излучение.
Взгляните на список, в котором перечислены виды электромагнитного излучения, расположенные в порядке убывания их длины волны:
- радиоволны — 10 км — 0.1 мм;
- инфракрасное излучение — 1 мм — 780 нм;
- видимое излучение (свет) — 780 — 380 нм;
- ультрафиолетовое излучение — 380 — 10 нм;
- рентгеновское излучение — 10 — 5 пм;
- жесткое (гамма) излучение — менее 5 пм.
Из всего списка только два последних пункта являются полноценным ионизирующим и частично ионизирующим — третий снизу (УФ свет). А оставлять после себя наведенную радиацию может только гамма-излучение. Длина волны электромагнитного поля микроволновой печи — 12 см. Гораздо логичнее бояться видимого света, излучаемого лампочкой Ильича, ионизирующая способность которой на 3 порядка выше излучения микроволновки. Но, несмотря на очевидное, лампочек не боится никто, микроволновых печей — почти все.
Меняет ли высокочастотное излучение свойства продуктов.
Бытует мнение, что, побывав в микроволновке, продукты меняют свою физическую структуру. Одни связи якобы разрушаются, другие появляются, меняется заряд, полюс, градус, память — все что угодно. После всего этого безобразия полезные продукты питания превращаются в яд.
Микроволновое излучение, как было сказано выше, воздействует на полярные молекулы, которыми являются молекулы воды. На сегодня науке достоверно известно, что вода — аморфное тело и вообще не имеет структуры, если не находится в замерзшем состоянии. Как может эта самая структура измениться, если у аморфного тела ее нет вовсе?
Рождение подобного мифа связано, скорее всего, с понятием «структурированная вода», которое появилось благодаря всевозможным лженаукам типа гомеопатии и «бизнесменам», продающим «заряжающие» подносы для воды и прочие чудеса техники параллельных миров.
Электрическим током
Насколько прибор электробезопасен.
Опасения, будто бы микроволновая печка опасна в плане поражения электрическим током, в принципе, понятны. Для работы магнетрона требуется источник высокого напряжения — порядка 4 кВ. Если добавить к этому еще и мощность современной микроволновки, которая может достигать киловатта, то весь ужас человека, далекого от электрики, становится понятным. Тем не менее этот же человек совершенно спокойно пользуется полуторакиловаттным пылесосом и двухкиловаттной электроплитой.
Вспомните обычный кинескопный телевизор, который служил нам не одно десятилетие и продолжает служить по сей день. Напряжение на ускоряющем аноде его кинескопа достигает 30 кВ. Это почти на порядок выше напряжения на магнетроне. Если вскрыть микроволновку, то можно и под напряжение попасть. Но и в телевизоре ведь задняя крышка всего на четырех винтах! А теперь подумайте: много у вас знакомых, убитых током злого телевизора? Таким образом микроволновая духовка в плане электробезопасности ничем не отличается от любого другого бытового прибора.
Вредно ли излучение микроволновки для организма.
Да, СВЧ вредны для человека. Но ведь масса современных устройств работает на той же частоте: Wi-Fi модем, мобильник, смартфон. Работа с ними считается безопасной. Так вредно микроволновое излучение или невредно? Вредно, но лишь при превышении определенного уровня. Ваш мобильник излучает, но мощность его передатчика невелика. Хоть вы и держите его у самого виска, периодические разговоры по телефону особого вреда здоровью не нанесут. Другое дело — микроволновая печка. Мощность ее «передатчика» достигает тысячи ватт.
Но, во-первых, в отличие от мобильника, излучение магнетрона направлено не во все стороны, а в рабочую камеру. Во-вторых, и это главное, камера, как и ее дверца, имеют специальное покрытие, предотвращающее выход излучения за пределы рабочей области. Конечно, покрытие не задерживает СВЧ на 100%, но этого и не нужно. Вы не держите микроволновку у виска, как телефон, и не пользуетесь ею, часами уткнувшись носом в дверцу. Кроме того, интенсивность СВЧ убывает пропорционально квадрату расстояния.
Что по этому поводу говорят цифры? Открываем медицинские документы, нормирующие максимально допустимое безопасное для человека СВЧ излучение и читаем: не более 10 мкВт/см.кв. Много это или мало? Самое время посмотреть на рисунок ниже:
Зависимость напряженности поля от расстояния до СВЧ печи.
У самой дверцы микроволновой печи напряженность электромагнитного поля достаточно высока — 5 мВт/см.кв. Но уже на дистанции в полметра оно ослабевает на два порядка, а на расстоянии в полтора метра ниже максимально допустимого уровня вдвое. Таким образом, если вы не сидите со включенной микроволновкой буквально в обнимку, а пользуетесь ею не круглые сутки, то за свое здоровье можете не опасаться. Но ведь дверцу можно открыть? Можно, только магнетрон сразу же отключится, поскольку имеет защиту "от дурака". Эта же защита не даст сунуть руку (а кое-кому и голову) в работающий прибор, дабы проверить его исправность «на ощупь».
Как только вы откроете дверцу, автоматика снимет питание с магнетрона.
Таким образом исправная микроволновая печь при соблюдении элементарных правил эксплуатации, подробно описанных в прилагаемой инструкции, абсолютно безопасна для человека.
Источник: